Project Poltergeist - Missing Neutrinos

شئ ما غريب جداً يحدث لك الأن

سرب من الأشباح يتدفق مباشرة خلال جسدك

يقدر عددهم بمئات الترليونات يعبرون خلال كل واحد فينا فى كل ثانية

مئة مليار .. كل ثانية

ومعظمهم يمر بدون أى أثر ، لذا فانهم كالأشباح الخفية

والامساك بهذه الأشباح كان أحد أكثر التحديات فى تاريخ العلماء

حينما تفكر فى هذا ، يبدو الأمر جنونى

كنا سعداء بما كنا نفعل لكننا لم ندرك أهمية ذلك كاملة

والأن كشفت التجارب أنهم أكثر غرابة مما توقع الجميع

ليس فقط أن ذلك فك الكثير من الغموض لكنهم أيضاً أجدادنا

هل من الممكن أن تكون هذه الأجزاء الصغيرة التى تعبر خلالك الأن

هى السبب الرئيسى فى وجودنا ؟

انهم هنــا

"جون باكول" و "راى ديفيس" أصدقاء منذ ما يقرب من النصف قرن

وفى معظم ذلك الوقت كانوا فى قلب اللغز الأعظم من علم فيزياء الجسيمات

أدر صفحة أخرى

بدأ كل شئ منذ 40 سنة مع تجربة جريئة تحت الأرض

حفر "راى ديفيس" عميقاً تحت الأرض

لبناء مصيدة لأكثر الجسيمات مراوغة فى الطبيعة

كانت تجربة آمن القليل بنجاحها

لقد كانت تجربة تبدو مستحيلة النجاح

وقد أظهرت نتائج لم يصدقها أحد

حسناً ، هناك شئ ما خطأ بهذه التجربة لا ، هذا غير صحيح

اعتقد الجميع أن كلاهما قد وقع فى خطأ كبير

لقد كانت صدمة شخصبة وكانت مؤلمة للغاية

لقد تعلمنا من ذلك لكنها كانت صدمة مؤلمة

لكن طوال عقود رفض "ديفيس" و "باكول" الاستسلام

مقتنعين أنهم على صواب

هذه قصة كيف أن تجربة لم يؤمن أحد بنجاحها قد أدت الى اكتشاف مذهل

اكتشاف سيجعل العلماء يعيدون النظر فى النظريات الأساسية

لما يتكون منه الكون ومن أين قد أتى

وكل هذا بسبب جزئ صغير "خفى وغامض تماماً يدعى "نيترينو

لكن قصة النيترينو بدأت قبل تجربة باكول وديفس بكثير

بدأ كل شئ بخطاب فى الرابع من ديسمبر عام 1930

أحد أشهر الخطابات فى تاريخ العلم

"وقد كُتب بواسطة العالم النمساوى "ولفجانج بولى

لزملائه لحضور مؤتمر حول موضوع أثار لغزاً كبيراً بين علماء الفيزياء

ظاهرة التحلل الاشعاعى

سيدات وسادة النشاط الاشعاعى

"لسوء الحظ ، لا استطيع المجئ شخصياً الى "جبيجين

حيث لا يمكن الاستغناء عنى هنا

"بسبب حفلة ستقام هنا فى"زيورخ

فى العقود القليلة الأولى من القرن العشرين

حققت الفيزياء الذرية ضربات قوية فى فهم مم يتكون الكون

اعتقد العلماء أن كل الذرات تتكون من مجرد نوعين من الجسيمات المشحونة كهربياً

البروتونات فى نواة الذرة محاطة بسحابة من الالكترونات

بشكل غريب ، كانت نواة بعض الذرات غير مستقرة

كان "بولى" يتعامل مع موقف شديد الغرابة

فى المستوى الذرى للنواة وجسيمات أصغر منها

د. بوريس كيسر فيرمى لاب

كانت العديد من الأشياء لا تدوم للأبد انها تتحلل أو تضمحل كما نسميها

فى ذلك الوقت كان التحلل الاشعاعى هو اللغز الأعظم فى الفيزياء

عندما تتحلل النواة كانت تطلق طاقة غالباً فى صورة اطلاق الكترون

وكانت طاقة هذا الالكترون هى المشكلة بدى وأنها غير كافية

هناك مبدأ شديد الثبات والاستقرار بالفيزياء

يدعى مبدأ بقاء الطاقة

ومفاده أنه لا يمكن زيادة الطاقة عما كان من قبل ولا يمكن نقص الطاقة أيضاً

لا يمكن خسران الطاقة التى كنت تمتلكها فالطاقة لا تختفى

لكن هذا ما كان يبدو حدوثه

الطاقة التى فقدتها النواة حين تحللت لابد أن يمتلكها الالكترون

فلا يوجد مكان أخر لخروج الطاقة

لكن بدى وأن الالكترون لا يحمل الطاقة التى من المتوقع له أن يحملها

فى الحقيقة تم اكتشاف

انه مع اختلاف التحلل دائماً مع كل نواة كان يحدث الأمر نفسه

لم يكن الالكترون يحمل الفرق فى الطاقة

بوضوح ، لم يحمل كل الطاقة التى تم اطلاقها

كان يبدو أن الطاقة تختفى

"لكن اختفاء الطاقة لم يكن مقبولاً لدى "بولى

لابد وأن الطاقة ذهبت الى مكان ما

حان الوقت لاظهار بعض الجرأة

لدى فكرة متهورة لعلاج الأمر للحفاظ على قانون بقاء الطاقة

كانت فكرة بولى أن هناك جزئ ثالث متورط فى ظاهرة التحلل الاشعاعى

نوع جديد من الجسيمات لم يره أحد من قبل

والذى يحمل فعلياً تلك الطاقة المفقودة

لقد اقترح بالاضافة الى الجسيمات القليلة المعروفة بذلك الوقت

أن هناك جسيماً أخر

والذى يتم اطلاقه أثناء التحلل الاشعاعى مع الالكترون

اقترح بولى بأن الجسيم الجديد كان شديد المراوغة

وصعب اكتشافه وهذا هو سبب عدم رؤيتنا له من قبل

وأن هذا الجسيم يأخذ ما لم يأخذه الالكترون من طاقة

هذا يحفظ مبدأ بقاء الطاقة

لقد فعل هذا - وأنا متأكد - بكل تردد لكنه فعلها

كانت حركة جريئة للغاية

لكنه بمحاولة حل المشكلة قد صنع مشكلة أخرى

لم يكن هناك دليل حقيقى على "وجود هذا الجسيم المسمى "النيترينو

وقد خاف بولى من أنه لن يكون

أدرك أنه وبخلاف كل الجسيمات الذرية فان النيترينو ليس له شحنة كهربية

وهذا يجعلها غير مرئية للكواشف ويمكنها من العبور خلال المواد الصلبة

بدون احداث أثر

كان النيترينو شبحاً حقيقياً بين الجسيمات

اكتشف الجميع أن هناك استحالة عملية لرؤية هذه النيترينوز

وأعتقد أن هذا سبب عزوف الجميع عن مجرد المحاولة لعقود كثيرة

بروفيسور جونز شيلتز جامعة كاليفورينا - ايرفين

لكن شئ ما قد حدث غير الفيزياء والعالم معاً

قوة القنبلة النووية تأتى بسبب سلسلة تفاعلات من التحلل الاشعاعى

اذا كان بولى محقاً لابد أن يرافق الانفجار كمية كثيفة من النيترينوز

فى خمسينات القرن العشرين كان "فريد راينوس" شاباً باحثاً

يعمل فى هيئة الردع الأمريكية النووية

لكنه كان شغوفاً بأساسيات الفيزياء

وأدرك أن برنامج الأسلحة النووية هو المكان الأنسب لاصطياد النيترينو المراوغ

جلس فى مكتب لمدة طويلة يحدق فى ورقة بيضاء محاولاً التفكير بفكرة ، وقد قرر البحث عن النيترينو

بالنسبة له لم يطيق فكرة أن النيترينو موجود ولا يمكننا رؤيته

وقد قرر أن يحل هذه المعضلة

أدرك راينوس أنه اذا كان التفاعل المتسلسل فى القنبلة النووية ينتج النيترينوز

فكذلك ستفعل سلسلة التفاعل فى المفاعل النووى

فى المفاعل ، لديك عناصر تتحلل وتطلق النيترينوز

ولديك الكثير منها ، عدد ضخم جداً

بروفيسور هنرى سوبيل جامعة كاليفورينا - ايرفين

عشرة متبوعة بـ 13 صفراً بعدها كل ثانية تعبر كل سنتيمتر مربع من الكاشف بجوار المفاعل

ما يجعله مصدراً كثيفاً للنيترينوز

ربما راينوس وزملائه أخيراً سيقبضون على الجسيم الشبح

"وقد أسموا مشروعهم "مشروع الشبح الخفى

لكنهم مازالوا يواجهون المشكلة الأساسية

النيترينو ليس لديه شحنة كهربية ما يجعله خفياً

لكن فريد راينوس اعتقد أن لديه طريقة لاكتشاف النيترينو بطريقة التفويض

بالرغم من أن النيترينوز تمر مباشرة عبر المواد بدون أى أثر

لكن فقط بالصدفة التامة فان النيترينو ربما يصطدم مع النواة

ويسبب اطلاق جسيم مشحون كالالكترون

كان النيترينو خفياً لكن تفاعلات النيترينوز هذه لم تكن

فى تجربة راينوس كان الدليل هو اكتشاف زوج من التغيرات فى الطاقة

واحد من الجسيم المطلق والأخر من النواة المتحولة

كانت هناك علامة واضحة بهذا الاكتشاف

أنك ترى نبضة الأن ، ثم ترى نبضة أخرى بعدها مباشرة بوقت محدد

وهذا السلوك المميز مَكَّن من اكتشافها بالكاشف

كانت القضية هى مراقبة المذبذب

فى انتظار هذه النبضات الثنائية

فى الرابع عشر من يونيو عام 1956 أعلن راينوس ورفاقه اكتشاف النيترينو

وقد أرسلوا برقية الى "بولى" يعلمونه باكتشافهم

وكان بولى سعيداً جداً ، وقد قال حينها

‘كل شئ يأتى للرجل الذى يعرف كيف ينتظر’

كان بولى محقاً الطبيعة تحتاح الى النيترينو

وحقيقة ، سريعاً ما أدرك العلماء

أن كل العناصر الأساسية بالطبيعة ، كالكربون والأكسجين تم انتاجهم عن طريق سلسلة من التفاعلات النووية

ما كان مستحيلاً بدون النيترينوز

انها مقادير أساسية بالكون

وبدونهم ، فان النجوم لم تكن لتسطع

وهذا ما جعل راى ديفيس وجون باكول فى منتصف الحلبة

انها هنا

منذ 40 سنة اشتهر "راى ديفيس" بتصميم التجارب

الرجل الذى تخصص فى تأكيد الحقائق التى احتاجها العلماء فى نظرياتهم

كان جون باكول فى بداية حياته المهنية وقد اهتم بالفيزياء الفلكية

علم يهتم بدراسة النجوم

ما جمعهم سوياً هو الرغبة فى فهم سبب اشراق النجوم

وقد أمن كلاهما أن النيترينوز سوف تسمح لهم بذلك

"بالنسبة لى ، ولـ"راى كان تحدٍ كبير بأن ننظر الى داخل النجوم

بالطرية ذاتها التى ينظر بها الطبيب الى جسدك باستخدام الموجات فوق الصوتية أو أشعة اكس

وقد أردنا نفس الشئ مع النيترينوز واستخدامها للنظر الى داخل الشمس

بروفيسور جون باكول معهد الدراسات المتقدمة - برينستون

ورؤية حقيقة التفاعلات النووية داخل عمق النجوم

فى داخل لـُب كل نجم

عملية تدعى الاندماج النووى تنتج كميات هائلة من الطاقة

على الأقل كانت النظرية كذلك لم يرى أى أحد حقيقة ما يحدث

لا ينتج الاندماج النووى مجرد الطاقة التى تجعلها تشرق لكن أيضاً النيترينوز ، الكثير منها

بالنظر الى سطح الشمس لا تعلم تفاصيل ما يحدث فى الداخل العميق

لكن بالنظر الى النيترينوز الناتجة من الشمس يمكنك ذلك

النيترينوز هى رسائل كونية انها تسافر من الشمس الى الأرض دون عوائق

ابحث عن النيترينوز ، وستجد دليلاً أن الاندماج النووى هو سبب ومصدر طاقة الشمس

"لذا ، "ديفيس" سأل "باكول كم عدد النيترينوز التى تنتجها الشمس بالضبط

هذا يعنى أول نموزج حساب تفصيلى لتفاعلات الاندماج داخل عمق النجوم

وقد أظهر ذلك نتيجة مدهشة

لقد أدركنا أن الشمس تنتج كمية ضخمة جداً من النيترينوز طوال الوقت

كل ثانية خلال ابهامى وابهامك

حوالى مئة مليار من هذه النيترينوز الشمسية ستعبر كل ثانية

مئة مليار من النيترينوز الشمسية تعبر ابهامك كل ثانية

فى كل يوم فى كل عام من حياتك وأنت لا تلاحظ ذلك أبداً

بالنسبة لـ "راى" ، كان التحدى واضح اثبات أن نموزج الاندماج الشمسى لجون

تنبأ بعدد النيترينوز الشمسية بشكل صحيح

"فى عام 1965 عمل "راى ديفيس على أحد أصعب التجارب فى تاريخ العلم

حساب النيترينوز القادمة من الشمس

ما عنى بناء معمل عميق تحت "الأرض فى منجم ذهب بـ "ثاوث داكوتا

للوقاية من الاشعاعات المشوشة القادمة من الفضاء

كان صميم التجربة أنها مصيدة للنيترينوز

600طن من سائل للتنظيف سائل ملئ بذرات الكلور

عندما يصطدم النيترينو بذرة الكلور فانه يحولها الى ذرة أرجون

والأرجون - هذا الشكل خصوصاً - سوف يكون مشعاً

اعتقد "راى" أنه من الممكن استغلال النشاط الاشعاعى للأرجون للحصول عليها

كانت الفكرة أنه كلما زاد عدد النيترينوز المتدفق خلال الخزان زاد عدد ذرات الأرجون المتكونة

لذا بحساب عدد ذرات الأرجون ربما ينجح راى مباشرة فى احصاء النيترينوز

وهنا ظهرت الصعوبة البالغة للتجربة

ترليونات النيترينوز كانت تمر خلال الخزان كل ثانية

لكن تفاعلها كان نادر جداً بواقع تكون 10 ذرات أرجون فقط فى كل اسبوع

ما جعلها مهمة مستحيلة ومضحكة

حسب "ديفيس" أنه بوجود خزان يحوى 350 زليون من ذرات الكلور

المترجم : زليون رقم غير معرف رياضياً يستخدم للدلالة على رقم كبير جداً جداً

وعناصر أخرى ، سيستخرج منها فقط 10 ذرات أرجون

ذلك أسوء من ابرة فى كومة من القش

ورغم هذا ، كل عدة أسابيع سوف يضخ "راى" الهيليوم خلال السائل

ليستطيع جمع ذرات الأرجون المتكونة

ومن ثم يرسلهم الى معمله الجديد بنيويورك ليحصيهم

كنت أضحك لسفره كل هذه المسافة مع أنبوبة صغيرة مليئة بلاشئ

أنـًّـا ديفيس زوجة راى ديفيس

لم يكن ذلك صحيح تماماً فقد تحولت الى شئ هام جداً من اللاشئ

لكن النتائج الأولية أظهرت على الفور أن هناك شئ خاطئ

توقع "جون باكول" عشرة ذرات أرجون اسبوعياً لكن "راى" أحصى ثلاثة فقط

كانت معظم النيترينوز مفقودة

"كان واضحاً فى البداية أن "راى يحصد عدد أقل من النيترينوز التى توقعتها

حوالى الثلث ، وكان ذلك مشكلة كبيرة

كنا نتحدث أنا ووالدى كلما أتيت الى المنزل

وكان شئ مربك حقاً أن العدد كان قليلاً

د.اندريو ديفيس جامعة شيكاغو