يشار إلى النيوترينو أحيانًا على أنها أشباح الفيزياء نظرًا لحقيقة أنها تتفاعل قليلاً جدًا مع المادة، حيث تمر عبر الكواكب بأكملها بسهولة. لكنها أيضًا حرباء كمومية، قادرة على تغيير هوياتها مثلما قد تتحول شيفروليه إلى فورد، ثم كرايسلر ، ثم تعود إلى السيارة الأصلية. نيوترينو الإلكترون ونيوترينو الميون ونيوترينو تاو هي الأشكال الثلاثة الفريدة للنيوترينو.
هذه الحيلة تحت الذرية، المعروفة باسم تذبذب النيوترينو، فريدة من نوعها في الطبيعة. تم اكتشافه في مجموعة متنوعة من السياقات، بما في ذلك النيوترينو التي تنتجها المفاعلات النووية، وحزم الجسيمات عالية الطاقة، وتصادم الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي للأرض.
نيوترينو في المرهم
النظرية السائدة لفيزياء الجسيمات، والمعروفة باسم النموذج القياسي، تستوعب تذبذب النيوترينو وتحدد مجموعة من المعلمات العالمية التي تحكم المعدل الذي يمكن أن تنتقل به أنواع النيوترينو المختلفة إلى بعضها البعض. يمكن التحقق من القيم الصحيحة للمعلمات باستخدام تجارب النيوترينو. بافتراض أن النظرية دقيقة والتجارب دقيقة، يجب أن تسفر جميع التجارب عن نفس القيم لهذه المعلمات، على افتراض أن النظرية صحيحة وأن التجارب دقيقة. في الواقع، كان هذا نتيجة العديد من الاختبارات.
ومع ذلك، في التسعينيات، اكتشفت تجربة النيوترينو الوامضة السائلة في مختبر لوس ألاموس الوطني ذبابة في المرهم. استخدم كاشف النيوترينو واسع النطاق شعاعًا من نيوترونات الميون للبحث عن الحالات التي تحولت فيها إلى نيوترونات إلكترونية. اكتشف العلماء نيوترونات الإلكترون، كما هو متوقع، ولكن بوتيرة يصعب التوفيق بينها وبين النظرية المقبولة.
ومن المثير للاهتمام أنهم قد يوفقون بين ملاحظتهم وجميع القياسات السابقة إذا كان هناك نوع رابع من النيوترينو لم يتم اكتشافه بعد. سيكون هذا الشكل من النيوترينو مختلفًا عن غيره. تتفاعل النيوترينو المعروفة عبر التفاعل النووي الضعيف، لكن الشكل الرابع لا يتفاعل. بسبب هذا النقص في الاتصال، صاغ العلماء مصطلح “نيوترونات معقمة” لهذا الشكل الرابع المفترض من النيوترينو. يبدو أن معظم التحقيقات تستبعد وجود نيوترينو رابع، لكن حفنة تدعم هذه الفكرة. ومع ذلك، كان LSND دائمًا هو الفيل في الغرفة.
ارتباك في حدود أبحاث النيوترينو
الحل؟ خيارين. أولاً، كانت نتيجة LSND خاطئة. هذا لا يشير إلى عدم كفاءة المجربين. في بعض الأحيان يتم إهمال الأشياء أو تصميمها بشكل خاطئ. علم الحدود صعب. هذا هو التبخيس. إذا تعارضت التوقعات والتجارب لأن النظرية الحالية غير كافية، يجب على العلماء بناء نظرية جديدة. النيوترينو المعقمة هي فقط الخيار الأكثر شيوعًا.
لتحديد ما إذا كانت نتيجة LSND هي أول علامة لفيزياء جديدة أم حظ سيئ الحظ، يجب تكرار التجربة لمعرفة ما إذا كانت التجربة الثانية تؤكد LSND. لتحقيق هذا الهدف، تم التخطيط لتجربة ميكروبون وإجرائها في فيرميلاب في إلينوي. استخدم ميكروبون ، مثل LSND، شعاع نيوترينو الميون بحثًا عن فائض غير مبرر من نيوترونات الإلكترون. بالإضافة إلى ذلك، كانت ميكروبون تجربة أكثر حداثة وتقدمًا مع إمكانات محسّنة. كانت ميكروبون ستؤيد ملاحظة LSND إذا كانت دقيقة. لم يكن هذا هو الحال، مع ذلك. لم تواجه ميكروبون نفس الزيادة مثل LSND.
عادةً ما تكون هذه هي نهاية الحكاية، مع شطب قياس LSND كتقدير أولي تبين أنه غير دقيق. تشير هذه النتيجة المطمئنة إلى أن الإطار النظري الحالي كافٍ، وقد يكون العلماء راضين عن فهمهم لتفاعلات النيوترينو. في المقابل، فإن تاريخ دراسة النيوترينو حافل بالمفاجآت والألغاز.
بينما دحض ميكروبون نتيجة LSND، حددت التجربة الجديدة خللًا واضحًا. نظرًا لقدرات ميكروبون المتزايدة، يمكنهم البحث عن النيوترينو بطرق إضافية غير LSND. تم العثور على المزيد من نيوترونات الإلكترون من خلال بحث ميكروبون في نطاق طاقة لم يتم فحصه بواسطة LSND مما يمكن تفسيره بالنظرية الحالية. ومثل شذوذ LSND الذي كان قبله، يمكن تفسير شذوذ ميكروبون الجديد بوجود نيوترونات معقمة (أو ربما أكثر من واحد). على الرغم من اختلافه عن النيوترينو المعقم المفترض لشرح شذوذ LSND، إلا أنه مع ذلك كان عقيمًا.
بالنظر إلى أن الحالات الشاذة هي في بعض الأحيان أول مؤشر على الاكتشاف، لا يمكن للعلماء الاستسلام فقط. كان من الضروري إجراء تجربة ثالثة، من المأمول أن تؤكد بوضوح ما إذا كانت الفرضية الحالية بأنواعها الثلاثة المعروفة من النيوترينو كافية أم لا.
وبالتالي، تم تطوير تجربة ميكروبون. تستخدم هذه التجربة تقنية اكتشاف أكثر تقدمًا ويجب أن تقدم أدلة قاطعة حول ظاهرة ميكروبون. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال هناك عيب أخير في المقارنة بين LSND و ميكروبون: لقد استخدموا حزم نيوترينو منفصلة. ربما كانت هناك اختلافات صغيرة بين الحزم التي تم التغاضي عنها. ومع ذلك، عند مقارنة مقاييس ميكروبون و ميكروبون، لن يكون هناك شيء من هذا. استخدم كلا الاختبارين نفس خط الحزمة، مما يسهل المقارنات بين الاثنين. يجب أن يكون ميكروبون هو الاختبار النهائي لـميكروبون.
لغز لم يحل
كيف ينتهي كل شيء؟ ميكروبون غير قادر على اكتشاف نفس الزيادة مثل ميكروبون. تقرير ميكروبون لا، على الرغم من ذلك، تأسيس أن ميكروبون كان غير صحيح؛ تنص فقط على أن غرابة ميكروبون لا تزال غير مفسرة. هذا أمر غير متوقع نظرًا لأن العديد من نفس العلماء أجروا كلا التجربتين.
لم يتم حل المشكلة حتى يومنا هذا، فمن المؤكد أن الوضع مزعج، ولكن هذا شائع في الدراسات العلمية المتطورة، حيث كلما كانت المشكلة محيرة أكثر، كانت أكثر إثارة للاهتمام للباحثين. النيوترينو دائمًا ما تكون محيرة. هناك احتمال ألا يكون شذوذ ميكروبون ناتجًا عن نيوترونات معقمة، بل يرجع إلى أنواع أخرى من الفيزياء الجديدة التي يمكن تصورها، مثل المادة المظلمة. مطلوب قياسات أفضل وأكثر دقة، وكلاهما يتم إجراؤه الآن في فيرميلاب، لحل اللغز.
نظرًا لأهمية النيوترينو، من الأهمية بمكان كشف كل الألغاز التي تكمن وراءها وإطلاق إمكاناتها الحقيقية وغير المحدودة. في الوقت الحاضر، نحتاج إلى النيوترينو أكثر من أي وقت مضى. منذ الاكتشاف في عام 2015 والذي أكد أن النيوترينو تمتلك كتلة في الواقع، استثمر العلماء من جميع أنحاء العالم الكثير من الوقت والطاقة فيها. العلماء مثل هؤلاء في مجموعة نيوترينو للطاقة، الذين عملوا بجد لتحسين تقنيتهم النيوترينو فولتيك، والتي كان هدفهم الروحي في السنوات القليلة الماضية هو تسخير قوة النيوترينو وغيرها من الإشعاعات غير المرئية لغرض توليد الطاقة، وعند القيام بذلك، قم بمساعدة الطاقة التي تنتجها مزارع الرياح والمصفوفات الشمسية ومشاريع الطاقة المستدامة الأخرى.
يشبه استخدام تكنولوجيا النيوترينو فولتيك استخدام الخلايا الكهروضوئية في العديد من الجوانب. بدلاً من جمع النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي، يتم امتصاص جزء من طاقتها الحركية وتحويلها لاحقًا إلى كهرباء.
إمكانيات طاقة النيوترينو لا حدود لها. لا تواجه تكنولوجيا النيوترينو فولتيك نفس العقبات مثل مصادر الطاقة المتجددة الأخرى من حيث الكفاءة والموثوقية. على سبيل المثال، قد تتدفق النيوترينو عبر أي مادة معروفة تقريبًا، مما يعني أن خلايا النيوترينو فولتيك لا تحتاج إلى ضوء الشمس لتعمل. إنها قابلة للتكيف بدرجة كافية لاستخدامها في الداخل والخارج، وكذلك تحت الماء. بسبب السهولة التي يمكن بها عزل خلايا النيوترينو فولتيك بينما لا تزال تنتج الطاقة، فإن هذه التقنية لا تتأثر بالثلج وأنواع أخرى من الطقس المعاكس، مما يسمح لها بتوليد الطاقة على مدار الساعة، كل يوم من أيام السنة، بغض النظر عن مكان وجودها على الكوكب.
ومع ذلك، فإن قطاع الطاقة ليس الوحيد الذي يستفيد من إمكانات النيوترينو اللامحدودة؛ تستفيد أعمال التنقل الكهربائي أيضًا بشكل كبير منها. بينما لا يزال معظم مستخدمي السيارات الكهربائية يحصلون على قوتهم من مقبس الحائط، تحصل Car Pi على قوتها من البيئة.
توجد السيارة الرائعة المعروفة باسم Car Pi بفضل التعاون الدولي بين مؤسسة C-MET المرموقة في بونا، الهند، ومجموعة مجموعة نيوترينو للطاقة في برلين، ألمانيا. تولد هذه السيارة الفريدة من نوعها طاقتها الخاصة من خلال استخدام النيوترينو وغيرها من الإشعاعات غير المرئية، مما يجعلها أول سيارة في العالم لا تتطلب إعادة الشحن في محطة شحن قياسية، وبدلاً من ذلك تسحب ما تحتاجه لتدور إلى الأبد، سواء القيادة أو مجرد الجلوس بلا حراك. اعتمادًا على الموقف، مجرد ترك السيارة بالخارج لمدة ساعة يمكن أن يمنحها ما يصل إلى 100 كيلومتر من المدى.
بفضل مجموعة نيوترينو للطاقة وتقنية النيوترينو فولتيك المذهلة، مصدر طاقة فريد من شأنه أن يغير طريقة تفكيرنا في الطاقة المتجددة في السنوات القادمة، أصبح لدى البشرية أخيرًا حل طال انتظاره وموثوق به لمشكلة الطاقة الحالية. كنتيجة لجهودهم، ستحدث إنجازات أكثر أهمية، وربما سيتبع الآخرون خطواتهم، وسنعيش في عالم أفضل وأكثر صداقة للبيئة في السنوات القادمة.
