نيوترينو

Neutrino/Antineutrino
تركيب Elementary particle
الأسرة Fermion
المجموعة Lepton, Anti-Lepton
التفاعل weak interaction and gravitation
جسيم مضاد Antineutrinos are possibly identical to the neutrino (see Majorana fermion).
التنظير

νe:Wolfgang Pauli (1930)
νμ: Late 1940s

ντ: Mid 1970s
اُكتـُشـِف νe: Clyde Cowan, Frederick Reines (1956)
νμ: Leon Lederman, Melvin Schwartz and Jack Steinberger (1962)
ντ: DONUT collaboration (2000)
الرمز νe, νμ, ντ, νe,νμ, ντ
عدد الأنواع 3 – electron neutrino , muon neutrino and tauon neutrino
الكتلة Small, but non-zero. See the mass section.
الكتلة الكهربائية e
سپين 12

نيوترينو (Neutrino) هي جزيئات فيزيائية، تقدر قيمة لفها (كمية التحرك الزاوي) بـ1/2، ويمكن تصنفيها بذلك مع جزيئات الفرميون. كان العلماء وإلى عهد قريب يعتقدون أن وزن هذه الجزيئات يساوي الصفر، غير أن التجارب التي أجريت مؤخرا أثبتت أنه ورغم كون هذه الجزيئات صغيرة جدا إلا أن وزنها يختلف عن الصفر.

صورة لغرفة الفقاقيع لغاز الهيدروجين أخذت عام 1970 وهي تبين تفاعل النيوترينو مع بروتون عند التقاء ثلاثة مسارات [يمين]. اصطدم أحد النيوترينوات (قادم من اليمين (غير مرئي) ونشأ عن الاصتدام ثلاثة مسارات لجسيمات (مشار إليهم)..

النيوترينو -Neutrino يعتبر جسيم أولي أصغر كثيرا جدا من الإلكترون، وليست له شحنة كهربية. حتي الآن لم ينجح العلماء في قياس النيوترينو لأن تفاعله مع المادة ضعيف جدا.[بحاجة لمصدر] اضطر العلماء لاستنباط وجود النيوترينو بسبب ظاهرة تحلل بعض النظائر المشعة عن طريق إطلاق أشعة بيتا الني هي عبارة عن إلكترونات. فعند تحلل العنصر المشع إلي عنصر آخر يحدث فقد معين في الطاقة، هذا الفقد في الطاقة عبارة عن الفرق بين طاقة العنصر المشع وطاقة العنصر الناتج. والمفروض لاحترام قانون عدم فناء الطاقة أن يحمل الإلكترون المنطلق من نواة الذرة والخارج علي هيئة شعاع من أشعة بيتا أن يحمل هذا الفرق في الطاقة، ولكن القياسات تبين أن الإلكترون يحمل طاقة أقل من الطاقة المفروضة خلال التحلل، لهذا افترض العالم الأمريكي فولفغانغ باولي عام 1930 وجود جسيم صغير يحمل تلك الطاقة الناقصة التي لا نراها واطلق عليه اسم نيوترينو حيث أنه لا يحمل شحنة كهربية.

استغرق العلماء وقتاً طويلاً حتى استطاعوا اكتشاف النيوترينو بأصنافه الثلاثة كما أن الاكتشافات تمت على مراحل بدأت في الستينات وانتهت أواخر العام 2000. من المعتقد أن حوالى عن 50 ترليون نيوترينو شمسي تخترق الجسم البشري كل ثانية. في أواخر سبتمبر 2011، أعلن العلماء عن نتائج تجارب استمرت بضع سنوات تأكد خلالها أن سرعة النيوترينات أسرع قليلاً من سرعة الضوء الأمر الذي قد يعيد صياغة قوانين النسبية والفيزياء الحديثة.[1][2]

نيترينو

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

مقدمة عامة

النيوترينات هي جسيمات أولية، تقدر قيمة لفها (كمية دورانها الزاوي(المغزلي)) بـ1/2، ويمكن تصنفيها بذلك مع جسيمات فصيلة الفرميون. كان العلماء وإلى عهد قريب يعتقدون أن وزن هذه الجسيمات يساوي الصفر، غير أن التجارب التي أجريت مؤخرا أثبتت أنه ورغم كون هذه الجسيمات صغيرة جدا إلا أن وزنها يختلف عن الصفر.

يعتبر علماء الفيزياء عام 2002 عام النيوترينو عندما حاول العالم ريموند دافيز بجامعة بنسلفانيا تحسس نيوترينوات الشمس من خلال تصوير مسبار سوهو للأشعة الحمراء بها، واكتشف أن الشمس تبث كميات أقل من المتوقع من هذه الجسيمات الشبحية دون الذرة.حيث بينت حسابات النماذج القياسية أن الإشعاعات الشمسية تبلغنا عن عدد النيوترينوات التي تتولد نتيجة التفاعلات النووية بقلب الشمس.وهذه النماذج بينت أن النيوترينو خامل ويمكن أن يمر بالأرض بتآثر ضعيف جدا معها. وقد تمكن العالم دافيز من أسر بعضها في مجـس هائل يتحسسها تحت الأرض بعيدا عن تأثيرات الأشعة الكونية التي قد تؤثر على نتائج قياساته. وحصر قليلا منها. فلاحظ أن الكمية ثلث ما كان متوقعا في نظرية النيترينو. ولما كان قد عرف أن النيوترينو يوجد في ثلاثة أنواع. كل منها مرتبط بجسيم دون ذري آخر. ويخمن بعض علماء الفيزياء أن نيوترينوات شمسية بذاتها تتحول للنوع الآخر مما يصعب قياسها.وهذا النوعان يطلق عليهما نيوترينو ميون (muon-neutrinos) ونيوترينو-تاو (tau-neutrinos). وعلي عكس ما يقال بأن النترينو بلا كتلة وإلا من المستحيل تحويلها من نوع لآخر. وهذه المستجدات دفعت الباحثين لتجديد النماذج الفيزيائية التي تصف التفاعلات الداخلية لكل الجسيمات الأساسية في الكون. كلما كان تمدد الكون بسرعة تقارب سرعة الضوء كلما ثقلت موازينه وزادت كتلته وزاد حجمه. عكس نظرية آينشتاين[بحاجة لمصدر] في النسبية، والقائلة أن الأجسام كلما زادت سرعتها لتصل حدا يقرب من سرعة الضوء زادت كتلتها وانكمشت في الحجم (لا تتمدد). لهذا تمدد الكون لا يخضع للنظرية النسبية لآينشتاين. فالكون يغص بالنيوترينوات التي تشكل كتلة النيوترينو منها جزءا متدنيا من كتلة الإلكترون. وكل ثانية تمر علينا تخترق أجسامنا تريليونات النيوترينوات التي تتصل إلى الأرض ولا تضرنا. واكتشاف أن النيوترينوات لها أوزان سوف تفصح عن بعض الموادالمخفية بالكون والتي تمسك المجرات والعناقيد المجراتية معا. فالنيوترينوات ما زالت ألغازا وقد بدأ فهمها مؤخرا.


تاريخ النيوترينوات

كانت فرضية النيوترينو قد اقترحت في 1930 بواسطة ولفجانج بولي لإبقاء مبادئ بقاء الطاقة, حفظ الدفع, وحفظ الدفع الزاوي في تحلل بيتا—عملية تحول النيوترون إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو ، طبقا للمعادلة:[3]

n0p+ + e + ν0

اقترحت نظرية باولي أن جسيما لا يمكن إدراكه كان يحمل معه الفرق الملاحظ بين الطاقة، الزخم والزخم الزاوي للجسيمات الأولية والجسيمات النهائية.

اقترح وجود النوع الأول عام 1930 وأطلق عليه νe ثم νμ أواخر الأربعينات وأخيرا ντ أواسط 1970 كما تم اكتشاف النوع الأول عام 1956 والثاني عام 1962 والأخير عام 2000.

وفقا لقوانين النظرية النسبية لأينشتاين ، إذا كانت النيوترينوات لها كتلة لاصفرية فينبغي ألا تصل إلى سرعة الضوء ولكن لم تثبت حتى اليوم تجارب دقيقة تؤكد كتلتها ولكن على الأقل فقد تأكد العلماء من خلال تجار أجريت في الثمانينات من القرن الماضي بأن سرعتها ليست أكبر من سرعة الضوء وإن كانت القيم التي حصلوا عليها أكبر بقليل(1.000051 من سرعة الضوء) فلا زالت ضمن مبدأ الريبة.[4] في أواخر سبتمبر 2011، كشفت قياسات أجراها خبراء في إطار الاختبار الدولي "أوبرا"، أن نيوترينوات اجتازت نفقاً يبلغ طوله 730 كيلومترا يفصل بين منشآت المركز الأوروبي للأبحاث النووية "سيرن" في جنيف ومختبر "سان جراس" في إيطاليا بسرعة 300006 كيلومترات في الثانية، أي 6 كيلومترات في الثانية أكثر من سرعة الضوء (1.00002 قدر سرعة الضوء). ونشر علماء المركز الأوروبي للأبحاث النووية "سيرن"، نتائج التجربة المعروفة باسم "تجربة أوبرا" الجمعة، والتي استخدمت فيها أجهزة قياس ورصد فائقة الدقة، لرصد سرعة 15 ألف "نيوترينو"، أثناء انتقالها من مركز "سيرن" في سويسرا، إلى مركز أبحاث "غران ساسو"، قرب العاصمة الإيطالية روما. هذا الكشف الأخير حير العلماء ولم تعد المسألة ضمن حدود مبدأ باولي وقد يضطرون إلى إعادة النظر في العديد من قوانين الطبيعة بما فيها النسبية الخاصة والعامة.[5][6]

قياس النيوترينو خلال تحلل بيتا المحفز

في عام 1942 أقترح كان-شانج وانج استخدام امتصاص أشعة بيتا من أجل قياس النيوترينو .[7]

وفي 20 يوليو 1956 نشرت مجلة سايانس Science العلمية بحثا للفيزيائيين كلايد كووان و فريدريك راينس وباحثين آخرين معهم يؤيد أنهم قاموا بقياس النيوترينو والتحقق من وجوده. [8][9] وقد حازا على ذلك الاكتشاف بعد مدة طويلة على جائزة نوبل للفيزياء عام 1995.[10]

وتعرف تلك التجربة الآن بتجربة كووان-راينس للنيوترينو ، حيث صوبت نيوترينوات صادرة من مفاعل نووي ناشئة من تحلل بيتا إلى بروتونات ونتج عن التفاعل نيوترونات وبوزيترونات، طبقا لمعادلة التفاعل:.

والبوزيترون [الموجب الشحنة ] سرعان ما يجد إلكترونا وينفنيا معا مصدران شعاعين من أشعة جاما ، ويمكن عد أشعة جاما الناشئة. ويمكن قياس النيوترون الناشئ عة طريق امتصاصه بنواة ذرة مناسبة ، وينتج عن الامتصاص أيضا شعاعا من أشعة جاما.

ويؤكد التزامن بين اصدار أشعة جاما الناشئة من إفناء البوزيترون وأصدار شعاع جاما الناشئ عن امتصاص النيوترون _ أي حدوثهما وتسجيلهما في نفس اللحظة - التفاعل الذي قام به نقيض النيوترينو.

وبذلك تحقق أن ما اقترحته النظرية وما وجدته التجربة إنما كان هو نقيض النيوترينو.

نقيض النيوترينو

نقيض النيوترينو أو مضاد النيوترينو بالإنجليزية Antineutrino هو الجسيم المضاد للنيوترينو يحمل شحنة محايدة تنتج عن تحلل بيتا وهو تحلل يحدث لبعض الأنوية الذرية. يصحب هذا الجسيم انبعاث جسيم بيتا حينما يتحول نيوترون إلى بروتون. يبلغ عزمه المغزلي 1/2 وهو ينتمي إلى عائلة الليبتونات. جميع النيوترونات المضادة التي خضعت للمراقبة كان عزمها المغزلي من جهة اليمين وهو عكس لف النيوترونات. تتفاعل النيوترونات المضادة مع المادة إما بقوى الجاذبية أو التآثر الضعيف لذا يصعب العثور عليها مخبريا. اكتشفت النيوترونات المضادة لأول مرة كنتيجة لتفاعلها مع نواة ذرة الكادميوم في خزان كبير للمياه. ثبت هذا الخزان بجانب مفاعل نووي كمصدر للنيوترونات المضادة. تشير تجارب تذبذب النيوترينو إلى أن مضاد النيوترينو لها كتلة لكن تجارب تحلل بيتا تصغر من قيمتها.

بما أن النيوترينوات ومضادتها محايدة كهربائيا فيرجح أنها نفس الجسيم. والجسيمات التي تمتلك هذه الخاصية تعرف بجسيمات ماجورانا. إذا كانت النيوترينوات جسيمات ماجورانا فإن تحلل بيتا الثنائي قد يتحقق وقد بدأت بعض التجارب بحث هذه المسألة. بدأ الباحثون حول العالم التحقيق في إمكانية قياس نقيض النيوترينو كوسيلة لمراقبة المفاعلات لمنع الانتشار النووي في إطار معاهدة منع الانتشار النووي.[11][12][13] .


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تذبذب النيوترينو


أنواع النيوترينو

Neutrinos in the Standard Model
of elementary particles
فرميون الرمز Mass[nb 1]
Generation 1
Electron neutrino νe < 2.2 eV
Electron antineutrino νe < 2.2 eV
Generation 2
Muon neutrino νμ < 170 keV
Muon antineutrino νμ < 170 keV
Generation 3
Tauon neutrino ντ < 15.5 MeV
Tauon antineutrino ντ < 15.5 MeV


نيوترينو مضاد

النيوترينو المضاد هو الجسيم المضاد للنيوترينو يحمل شحنة محايدة تنتج عن تحلل بيتائي نووي. تتواجد هذه الجسيمات في انبعاثات الجسيمات البيتائية حينما يتحول نوترون الى بروتون. يبلغ دورانها 1/2 وتنتضم في إطار عائلة الليبتونات. جميع النيوترونات المضادة التي خضعت لمراقبة كان لفها من جهة اليمين وهو عكس لف النيوترونات. تتفاعل النيوترونات المضادة مع المادة إما بقوى الجاذبية أو التآثر الضعيف لذا يصعب العثور عليها مخبريا. اكتسفت النيوترونات المضادة لأول مرة كنتيجة لتفاعلها مع نواة الكادميوم في خزان كبير للمياه. ثبت هذا الخزان بجانب مفاعل نووي كمصدر يمكن السيطرة عليه من النيوترونات المضادة. تشير تجارب تذبذب النيوترينو إلى أن النيوترينات المضادة تمتلك كتلة لكن تجارب التححل البيتائي تصغر من قيمتها.

بما أن النيوترونات و مضادتها محايدة كهربائية فيرجح أنها نفس الجسيم والجسيمات التي تمتلك هذه الخاصية تعرف بجسيمات ماخورانا. إذا كانت النيوترونات جسيمات ماخورانا فإن التحلل البيتائي المضاعف مسموح به وتم القيام بعدة تجارب للبحث في هذه العملية. بدأ الباحثون حول العالم التحقيق في إمكانية استعمال النيوترونات المضادة في مراقبة المفاعلات لمنع الانتشار النووي[14][15][16].

النيوترينات المولدة جيولوجياً

Solar neutrinos (proton-proton chain) in the Standard Solar Model


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

نيوترينو سوبرنوفا

إنظر أيضا


المصادر

  1. ^ علماء يكتشفون جسيمات تتحرك أسرع من الضوء - سي أن أن العربية، السبت، 24 أيلول/سبتمبر 2011، آخر تحديث 09:37 (GMT+0400)
  2. ^ تجاوز الـ «نيوترينو» سرعة الضوء يحير العلماء - الاتحاد، تاريخ النشر: السبت 24 سبتمبر 2011
  3. ^ K. Riesselmann (2007). "Logbook: Neutrino Invention". Symmetry Magazine. 4 (2).
  4. ^ قالب:Cite arxiv
  5. ^ علماء يكتشفون جسيمات تتحرك أسرع من الضوء - سي أن أن العربية، السبت، 24 أيلول/سبتمبر 2011، آخر تحديث 09:37 (GMT+0400)
  6. ^ تجاوز الـ «نيوترينو» سرعة الضوء يحير العلماء - الاتحاد، تاريخ النشر: السبت 24 سبتمبر 2011
  7. ^ K.-C. Wang (1942). "A Suggestion on the Detection of the Neutrino". Physical Review. 61 (1–2): 97. doi:10.1103/PhysRev.61.97.
  8. ^ C.L Cowan Jr., F. Reines, F.B. Harrison, H.W. Kruse, A.D McGuire (July 20, 1956). "Detection of the Free Neutrino: a Confirmation". Science. 124 (3212): 103. doi:10.1126/science.124.3212.103. PMID 17796274.CS1 maint: Multiple names: authors list (link)
  9. ^ Winter, Klaus (2000). Neutrino physics. Cambridge University Press. p. 38ff. ISBN  9780521650038 . This source reproduces the 1956 paper.
  10. ^ "The Nobel Prize". Nobelprize.org. Retrieved 29 June 2010.
  11. ^ LLNL/SNL Applied Antineutrino Physics Project. LLNL-WEB-204112 (2006): http://neutrinos.llnl.gov/
  12. ^ Applied Antineutrino Physics 2007 workshop: http://www.apc.univ-paris7.fr/AAP2007/
  13. ^ DOE/Lawrence Livermore National Laboratory (2008, March 13). New Tool To Monitor Nuclear Reactors Developed. ScienceDaily. Retrieved March 16, 2008, from http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080313091522.htm
  14. ^ LLNL/SNL Applied Antineutrino Physics Project. LLNL-WEB-204112 (2006): http://neutrinos.llnl.gov/
  15. ^ Applied Antineutrino Physics 2007 workshop: http://www.apc.univ-paris7.fr/AAP2007/
  16. ^ DOE/Lawrence Livermore National Laboratory (2008, March 13). New Tool To Monitor Nuclear Reactors Developed. ScienceDaily. Retrieved March 16, 2008, from http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080313091522.htm

الوصلات الخارجية

المادة المضادة
استعراض
إفناء
أجهزة
الجسيمات المضادة
استخدامات
أجسام
شخصيات


خطأ استشهاد: وسوم <ref> موجودة لمجموعة اسمها "nb"، ولكن لم يتم العثور على وسم <references group="nb"/> أو هناك وسم </ref> ناقص