کشف کلید جدید برای وزن‌کردن مرموزترین ذره جهان
برنا - گروه علمی و فناوری: دانشمندان با بررسی واپاشی نقره-۱۱۰ به راهی نو برای اندازه‌گیری جرم آنتی‌نوترینو رسیدند؛ ذره‌ای که با وجود عبور میلیاردی از بدن ما در هر لحظه، هنوز چهره واقعی‌اش را نمی‌شناسیم.
کاهش نادر ایزومر نقره-۱۱۰ مسیر جدیدی برای تعیین جرم آنتی‌نوترینو نشان می‌دهد.
فیزیک‌دانان آزمایشگاه شتاب‌دهنده دانشگاه یووسکوله فنلاند با انجام اندازه‌گیری‌های دقیق از جرم اتمی، موفق به شناسایی مسیر جدیدی برای اندازه‌گیری جرم آنتی‌نوترینوی الکترونی شده‌اند.
به گزارش science tech daily یافته‌های جدید نشان می‌دهد که واپاشی بتای ایزومر نقره-۱۱۰ می‌تواند به‌عنوان یک گزینه نویدبخش برای دستیابی به این هدف استفاده شود؛ مسیری که می‌تواند آینده پژوهش‌های نوترینویی را دگرگون کند.
نوترینو‌ها و آنتی‌نوترینو‌ها ذرات بنیادی هستند که دارای جرم‌اند، اما مقدار دقیق این جرم هنوز به‌طور کامل مشخص نیست. در حالی که این ذرات به‌عنوان اجزای مدل استاندارد فیزیک در سراسر کیهان وجود دارند، پرسش از میزان جرم آنها یکی از چالش‌های بزرگ فیزیک نوین به شمار می‌رود.
به گفته آنو کانکاینن از دانشگاه یووسکوله، «تعیین جرم این ذرات از اهمیت اساسی برخوردار است، زیرا درک بهتر آنها می‌تواند چشم‌انداز دقیق‌تری از سیر تحول کیهان در اختیارمان قرار دهد.»
مسیر تازه برای شناخت آنتی‌نوترینو‌های الکترونی
آنتی‌نوترینو‌های الکترونی می‌توانند از طریق فرایندی به‌نام واپاشی بتا پدید آیند؛ فرایندی که با نیروی هسته‌ای ضعیف رخ می‌دهد و منجر به تشکیل هسته دختر، یک الکترون و یک آنتی‌نوترینو می‌شود. انرژی آزادشده در این فرآیند که به آن مقدار Q گفته می‌شود، به تفاوت جرم بین هسته اولیه و محصولات واپاشی وابسته است.
یونی رووتسالاینن از دانشگاه یووسکوله که روی این موضوع مطالعه می‌کند، می‌گوید: «از آنجا که جرم آنتی‌نوترینوی الکترونی حدود پنج مرتبه کوچک‌تر از جرم الکترون تخمین زده می‌شود، مشاهده تأثیر آن بر واپاشی بتا بسیار دشوار است. به همین دلیل، واپاشی‌هایی با انرژی بسیار پایین – که به واپاشی‌های بتای با Q پایین معروف‌اند – اهمیت ویژه‌ای دارند.»
گزینه‌ای نویدبخش برای آزمایش‌های آینده
پژوهشگران فنلاندی نشان داده‌اند که ایزومر نقره-۱۱۰ – که حالت برانگیخته و پایدار این ایزوتوپ به‌شمار می‌رود – می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای آزمایش‌های اندازه‌گیری جرم آنتی‌نوترینو باشد. به گفته رووتسالاینن، «اکثر مطالعات پیشین بر واپاشی بتای حالت پایه متمرکز بوده‌اند، اما بسیاری از حالت‌های برانگیخته پایدار (ایزومرها) نیز به همین روش واپاشی می‌کنند. یکی از این موارد، ایزومر نقره-۱۱۰ است که نیمه‌عمری حدود ۲۵۰ روز دارد و عمدتاً از طریق واپاشی بتا به حالت‌های برانگیخته کادمیوم-۱۱۰ تبدیل می‌شود.»
شگفتی دانشمندان از سهولت اندازه‌گیری و نتایج به‌دست‌آمده
بر اساس داده‌های پیشین، مقدار Q برای واپاشی ایزومر نقره-۱۱۰ به سطح برانگیخته ۳۰۰۸.۴۱ کیلوالکترون‌ولت در کادمیوم-۱۱۰ می‌توانست منفی یا نزدیک به صفر باشد و همین موضوع باعث تردید درباره امکان‌پذیر بودن واپاشی بود. با این حال، پژوهشگران با استفاده از طیف‌سنج JYFLTRAP در آزمایشگاه شتاب‌دهنده دانشگاه یووسکوله موفق شدند این مقدار را با دقت بالایی تعیین کنند.
رووتسالاینن توضیح می‌دهد: «با استفاده از تکنیک تصویربرداری فاز در طیف‌سنج سیکلوترون یونی، اختلاف جرم بین ایزوتوپ‌های پایدار نقره-۱۰۹ و کادمیوم-۱۱۰ را اندازه‌گیری کردیم. نتیجه بسیار هیجان‌انگیز بود؛ مقدار Q برابر با ۴۰۵ (±۱۳۵) الکترون‌ولت محاسبه شد که کمترین مقدار برای یک واپاشی بتای مجاز تاکنون محسوب می‌شود.»
تأیید نتایج تجربی با محاسبات نظری
با توجه به اینکه همه‌ی واپاشی‌های ایزومر نقره-۱۱۰ منجر به سطح انرژی خاص ۳۰۰۸.۴۱ نمی‌شوند، فیزیک‌دانان نظری با استفاده از مدل شِل، نسبت این واپاشی‌ها را محاسبه کردند.
به گفته مارلوم رامالو، پژوهشگر نظری که این محاسبات را انجام داده: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که حدود سه مورد از هر یک میلیون واپاشی، از این مسیر کم‌انرژی و جذاب پیروی می‌کند. با وجود اینکه این عدد کوچک به نظر می‌رسد، اما برای یک انتقال انرژی پایین، بسیار مهم و چشمگیر است. ضمن اینکه با نیمه‌عمر ۲۵۰ روز، امکان تولید نمونه‌های قابل‌توجهی از این ایزومر وجود دارد.»
رامالو به‌تازگی از پایان‌نامه دکترای خود در دانشگاه یووسکوله دفاع کرده و اکنون به‌عنوان پژوهشگر فوق‌دکتری بنیاد اسکار هوتونن در دانشگاه یورک فعالیت می‌کند.
امیدی تازه برای آزمایش‌های آینده در فیزیک نوترینو
مجموعه ویژگی‌هایی نظیر مجاز بودن واپاشی بتای ایزومر نقره-۱۱۰، مقدار Q بسیار پایین و قابلیت تولید آسان این ایزومر در راکتور‌های هسته‌ای با استفاده از نوترون‌های حرارتی، آن را به گزینه‌ای بسیار مناسب برای آزمایش‌های آینده در حوزه آنتی‌نوترینو‌ها تبدیل کرده است.
کانکاینن در پایان می‌گوید: «این مورد قطعاً نیازمند بررسی‌های دقیق‌تر است. همکاری مؤثر ما با نظریه‌پردازان محلی، به شناسایی چند واپاشی ایزومری دیگر نیز انجامید که می‌توانند در آینده برای فیزیک نوترینو بررسی شوند. دیدن اینکه اندازه‌گیری ایزوتوپ‌های پایدار یا نزدیک به پایدار همچنان می‌تواند نتایج مهمی به‌دنبال داشته باشد، بسیار دلگرم‌کننده است.»
انتهای پیام/
برنا از ردیابی سرنوشت سلول‌ها با «بارکد ژنتیکی» گزارش می‌دهد:
برنا از یک نوآوری انقلابی در صنعت تراشه‌ها گزارش می‌دهد
گزارش برنا از انفجار مه‌بانگ تا فوران ابرنواخترها:
نظر شما
پیشنهاد سردبیر
پرونده ویژه
تبلیغات متنی