نوترینوی استریل چیست؟
ممکن است نوع خاصی از نوترینوها راست-دست باشند
نوترینوهای استریل نوع خاصی از نوترینوها هستند که برای توجیه برخی نتایج آزمایشگاهی غیرمنتظره مطرح شده‌اند، اما آنها تاکنون بطور مشخص کشف نشده‌اند. دانشمندان به شدت به دنبال یافتن آنها در آزمایش‌های مختلف هستند.
نوترینوی استریل ماده تاریک
در حالی که الکترون، میون و نوترینوی تائو (و پادنوترینوها) به صورت استاندارد با ماده از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف و گرانش برهمکنش می‌کنند، دانشمندان تصور می‌کنند که ممکن است نوترینوهای استریل تنها از طریق گرانش با دیگر اجزای ماده برهمکنش کنند. این ویژگی موجب می‌شود که یافتن آنها بسیار دشوارتر از نوترینوهای عادی باشد. گرانش ضعیف‌ترین نیرو است و نوترینوها بسیار کم جرم هستند، پس آنقدر گرانش ندارند که بتوان با راحتی آشکارسازی کرد. یافتن سیگنال‌های ضعیف در میان هرج و مرج ذرات جهان سخت خواهد بود ، اما غیرممکن نیست.
دانشمندان برای نوترینوها تاکنون سه نوع طعم (neutrino flavors) مختلف شناخته‌اند، اما مطمئن نیستند که چند نوع نوترینوی استریل ممکن است وجود داشته باشند. آیا صرفا یک نوع وجود دارد یا شاید هم سه نوع بطور موازی؟ یا شاید تعداد بیشتری وجود داشته باشد!
ذرات (از جمله نوترینوها) ویژگی‌هایی به نام اسپین و هلیسیتی (Helicity) دارند. ذرات مانند یک فرفره نمی‌چرخند، اما این تشبیه راه خوبی برای تصور کردن آن است. هلیسیتی به این اشاره دارد که اسپین ذره چگونه به جهت حرکت ذره مرتبط است، و در مقام مقایسه شبیه به چپ دست یا راست دست بودن افراد است.
دستان خود را باز کرده و مشت کنید بطوری که انگشت شست شما باز بماند. جهت خم شدن انگشتان شما جهت اسپین ذره را نشان می‌دهد وانگشت شست شما راستای حرکت آن را مشخص می‌کند. این ذرات راست-دست یا چپ-دست هستند، و این مهم است زیرا سرشت نیروی هسته‌ای ضعیف اینگونه است که با ذرات چپ-دست و راست-دست بطور یکسان رفتار نمی‌کند.
نیروی هسته‌ای ضعیف بطور عمده ترجیح می‌دهد که با ذرات چپ-دست برهمکنش کند.
تاکنون، دانشمندان تنها نوترینوهای چپ-دست را یافته‌اند. اما اگر نوترینوهای راست-دست وجود داشته باشد می‌توانند توسط نوترینوهای استریل پیش‌بینی شوند. زیرا نیروی ضعیف آنها را نادیده می‌گیرد، نوترینوهای استریل (که راست-دست هستند) تنها توسط گرانش برهمکنش می‌کنند که تقریبا آنها را غیر قابل دیدن می‌کند.
یک راه برای کشف این ذرات مخفی در نظر گرفتن نوسان نوترینو است. برخی آزمایش‌ها یک نوسان اضافی نوترینو را مشاهده کرده‌اند که نظریه‌های فعلی پیش‌بینی می‌کنند نباید وجود داشته باشد. و برخی آزمایش‌ها نوترینوهایی را دیده‌اند که طی فواصل بسیار کوتاه‌تری از آزمایش‌های نوترینو از نقاط دورتر مثل جو زمین یا خورشید پدیدار و ناپدید می‌شوند. اگر نوترینوها به صورت این نوع چهارم از نوترینو (نوترینوی استریل) نوسان کنند، این می‌تواند تغییرات سریع و ناهنجاری‌های مشاهده شده در آزمایش‌ها را توجیه کند. داده‌های بسیار بیشتری لازم است تا بتوان بطور قطعی گفت.
نوترینوها از طریق دو نیرو از چهار نیروی بنیادی برهمکنش می‌کنند: نیروی هسته‌ای ضعیف و گرانش. نبود برهمکنش‌ها (و جرم بسیار کم آنها) به آنها ماهیتی شبح‌گونه می‌دهد. برای مثال، ۵۰ درصد از نوترینوهایی که از خورشید می‌آیند از یک لایه از سرب به ضخامت یک سال نوری بدون هیچ برهمکنشی می‌توانند عبور کنند.
اما یک نوترینوی استریل را تصور کنید، که تقریبا بدون جرم است، و از طریق نیروی هسته‌ای ضعیف نیز برهمکنش نمی‌کند. چگونه دانشمندان اصلا بفهمند که آنها وجود دارند؟ این دقیقا همان چالشی است که در جستجو برای «نوترینوهای استریل» وجود دارد.
در برخورد دهنده‌ی بزرگ الکترون- پوزیترون (LEP) در آزمایشگاه CERN ، دانشمندان ذراتی را که از برخورد بین الکترون‌ها و پوزیترون‌ها حاصل می‌شوند را مورد بررسی قرار داده‌اند. یک ذره، یعنی بوزون Z ، حامل نیروی ضعیف است، و اینکه با چه نرخی واپاشی کند وابسته به تعداد ذراتی است که با آنها جفت می‌شوند. با اندازه‌گیری نرخ واپاشی بوزون Z ، دانشمندان قادر به اندازه‌گیری‌‌هایی با دقت بسیار بالایی بودند که تنها سه نوترینو به نیروی هسته‌ای ضعیف جفت می‌شوند: الکترون، میون و نوترینوی تائو. اما می‌تواند هر تعداد از نوترینوی استریل اضافی وجود داشته باشد که برخورد دهنده‌ی LEP قادر به دیدن آنها نیست.
سرنخ‌هایی از نوترینوهای استریل از یک سری آزمایش می‌آیند. آزمایشگاه آشکارساز نوترینوی چشمک‌زن مایع (LSND) در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس یک باریکه واپاشی در حال سکون را که بطور عمده از نوترینوهای میون تشکیل یافته بود را مورد مطالعه قرار دادند و تعداد بیشتری نوترینوی الکترون از مقدار پیش‌بینی شده در نظریه را یافتند. این ردپای مشابهی از نوسان نوترینوها است که قبلا برای طعم‌های نوترینوی شناخته شده مشاهده شده بود، اما در یک ترکیب از فاصله و انرژی که محققان انتظار آن را نداشتند مشاهده شده است. یک سیگنال مشابه در یک مکان جدید نشانه‌ای است که یک نوع نوترینوی ناشناخته که در پشت صحنه پنهان شده است.
کارهای بسیاری در جریان است تا تأیید کند که آیا این تفسیر از نتایج LSND صحیح است یا نه. تاکنون نتایج این آزمایش‌ها قطعیت کافی را نداشته‌اند. در آزمایشِ MiniBooNE در Fermilab نشانه‌هایی دیده شده که می‌تواند به عنوان یک نوترینویِ الکترون اضافی به واسطه‌ی حضور نوترینوی استریل تفسیر شود، اما آزمایش MINOS ، آزمایش Daya Bay Reactor Neutrino و دیگر پروژه‌های در جستجوی نوترینوها چنین سیگنالی را ندیده‌اند. برنامه The Short Baseline Neutrino در آزمایشگاه فرمی از آشکارسازهای آرگون مایع استفاده خواهد کرد. این پروژه‌ها با هدف یافتن پاسخی مشخص برای این سوال است و اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق از نوترینوی میون تولید شده در آزمایشگاه فرمی انجام خواهند داد.
در حالی که آزمایش‌های کوتاه مدت به دنبال یافتن نوترینوهای استریل با مقدار نسبتا کمی از انرژی – در حد الکترون-ولت- هستند ممکن است نوترینوهای استریل دیگری در انرژی‌های متفاوت‌تری وجود داشته باشند. نوترینوهای استریل با انرژی در حدود ۱۰۰۰ الکترون-ولت می‌تواند مرتبط با ماده تاریک یا دیگر موضوعات کیهان‌شناسی باشند. و نوترینوهایی با ۱۰۱۳ گیگا الکترون ولت می‌تواند نوترینوهای سنگین الاکلنگی باشند که به توضیح جرم کم نوترینو که در نوترینوهای سبک دیده می‌شود کمک می‌کند. در مقیاس بالاتر ۱۰۱۵ گیگا الکترون ولت، فیزیکدان‌ها به نظریه‌های وحدت بزرگ و چگونگی ارتباط نیروهای مختلف با یکدیگر فکر می‌کنند.
پس نوترینوهای استریل می‌توانند اجزای مختلف فیزیک را به هم مربوط کنند. همه نوترینوهایی که دانشمندان تاکنون دیده‌اند چپ-دست بوده‌اند و همه پاد-نوترینوها همگی راست-دست بوده‌اند، اما اگر نوترینوهای راست-دست وجود داشته باشند، آنها مانند نوترینوهای استریل خواهند بود. دیگر ذراتی که نسخه‌های هم چپ-دست و هم راست-دست دارند و نوترینوهای راست-دست یک روش محبوب برای اضافه کردن جرم‌های نوترینو به مدل استاندارد فیزیک ذرات هستند.
درود بر شما ، دوست عزیز ، کشف نوترینو استریل پرده از چه موضوعی در فیزیک بر میدارد ؟
درود بر شما، نوترینوی استریل به عنوان یکی از کاندیدهای ماده تاریک به حساب می‌آید. اگر نوترینوی استریل کشف شود ممکن است توجیه کننده ماده تاریک باشد. یعنی اثبات شود که ماده تاریک در واقع همان نوترینوهای استریل است.