نيوترينو قياسي جديد: العلماء يحيرون حول المصادر الكونية!

نيوترينو قياسي جديد: العلماء يحيرون حول المصادر الكونية!

ويستخدم كاشف النيوترينو آيس كيوب، الموجود في القطب الجنوبي ويمتد حتى عمق 2.5 كيلومتر داخل الجليد، منذ عام 2009 للبحث في مصادر الأشعة الكونية. يواجه العلماء، بما في ذلك باحثون من جامعة الرور في بوخوم، التحدي المتمثل في أن معظم النيوترينوات المكتشفة تأتي من الغلاف الجوي للأرض. هذه الحقيقة تجعل من الصعب تحديد المصادر الكونية بوضوح. تُعرف النيوترينوات باسم "الجسيمات الشبحية" لأنها تمر عبر المادة دون التفاعل معها. لكن IceCube حقق مؤخرًا تقدمًا كبيرًا: حيث تم اكتشاف نيوترينو كوني عالي الطاقة للغاية بطاقة تبلغ 220 بيتا إلكترون فولت، وهو ما يعادل 22 كوادريليون مرة طاقة الإلكترون. تم التقاط هذا الاكتشاف بواسطة تلسكوب الكيلومتر كيوب نيوترينو (KM3NeT) في البحر الأبيض المتوسط، ويمثل رقمًا قياسيًا جديدًا في علم فلك النيوترينو، بعد أن اكتشف آيس كيوب سابقًا نيوترينوات عند 6.5 بيتا إلكترون فولت و10 بيتا إلكترون فولت.

يواصل الباحثون العمل بشكل مكثف لتحديد أصل هذه النيوترينوات. أصل النيوترينو الذي تم اكتشافه مؤخرًا وعملية توليده غير واضحين حاليًا، ويمكن أن تكون المصادر المحتملة ثقوبًا سوداء نشطة فائقة الكتلة أو انفجارات سوبر نوفا. تنحرف الجسيمات المشحونة، مثل البروتونات، بفعل المجالات المغناطيسية، مما يجعل من الصعب تتبع أصلها. وتأمل البروفيسورة الدكتورة آنا فرانكوفياك، التي تقود مجموعة عمل علم الفلك متعدد الأطوال الموجية ومتعددة الرسل، في اكتشاف مستعر أعظم في درب التبانة يمكن أن ينتج أعدادًا كبيرة من النيوترينوات.

تحسين طرق الكشف

لتحسين اكتشاف وتحليل النيوترينوات، يقوم فريق IceCube بتطوير تقنيات جديدة. كجزء من المرحلة الأولية Gen2 لترقية IceCube، والتي من المقرر أن تكتمل بحلول عام 2024، يجري تطوير أنظمة قراءة ذكية لنقل البيانات بالإضافة إلى أجهزة استشعار بصرية جديدة أكثر قوة. يمكن لهذه المستشعرات جمع ما يقرب من ثلاثة أضعاف كمية الضوء التي تجمعها النماذج الحالية. يعد استخدام أجهزة استشعار ذات 24 بكسل بدلاً من أجهزة الاستشعار ذات البكسل الواحد ومحولات الطول الموجي لتحسين نقل الضوء بمثابة تقدم إضافي متوقع.

تُستخدم أساليب التعلم الآلي أيضًا لتصنيف أحداث النيوترينو بشكل أكثر كفاءة. تتيح هذه التقنيات تصفية سريعة للبيانات ذات الصلة من القياسات، مما يمكّن الفريق من جعل حتى الإشارات الضعيفة أكثر وضوحًا. في عام 2023، أصبحت إشارة النيوترينو الخاصة بمجرة درب التبانة مرئية، وهي خطوة مهمة في البحث.

تحدي الأشعة الكونية

وعلى الرغم من نجاحاته، لم يكتشف آيس كيوب مصدرًا للنيوترينو بالأهمية المطلوبة في الماضي. يعتبر المصدر مثبتًا فقط إذا كان احتمال الأصل الكوني هو 1:1.7 مليون (5 سيجما). حتى الآن، تم تعيين نيوترينو باحتمال 3 سيجما إلى البلازار، وكانت النيوترينوات الأخرى المكتشفة في عامي 2022 و2023 لها احتمالات 3.2 سيجما و4.2 سيجما، على التوالي، والتي كانت مرتبطة بنواة مجرة ​​نشطة. ومع ذلك، فإن البحث عن أصل هذه الجسيمات يظل تحديًا رئيسيًا.

إن الجمع بين نتائج المشاريع البحثية المختلفة، مثل التعاون المذكور أعلاه مع KM3NeT وطرق الكشف المحسنة، يمكن أن يلقي الضوء على السلوك الغامض للأشعة الكونية في المستقبل. الباحثون واثقون من أن التطورات الإضافية في تجربة IceCube ستقدم مساهمة كبيرة في فهمنا للكون.