الجسيمات الشبحية في باطن النجوم قد تكشف عن “فيزياء جديدة” غامضة

النيوترينو هو جسيم دون ذري خفيف جدا لدرجة أن كتلته تكاد تكون معدومة مقارنة بالجسيمات الأخرى، وبالكاد يتفاعل مع المادة، إذ يمكنه المرور عبر الأرض أو حتى جسم الإنسان من دون أن يتأثر أو يُحدث أي تفاعل.

ومن هنا جاءت التسمية الأشهر لتلك الجسيمات الدقيقة جدا (الجسيمات الشبحية)، بل إنه في كل لحظة صغيرة من الزمن، يمر عدد هائل من النيوترينوات عبر جسمك من دون أن تشعر بها، يُقدّره العلماء بحوالي 100 تريليون نيوترينو.

تأتي هذه الجسيمات الأولية بثلاث “نكهات” معروفة، هي: الإلكترون نيوترينو، والميون نيوترينو، والتاو نيوترينو. وتتولد هذه الجسيمات من العمليات النووية، مثل تلك التي تحدث داخل النجوم، وفي الانفجارات النجمية العملاقة (المستعرات العظمى)، أو في التفاعلات النووية على الأرض أو مصادمات الجسيمات.

قلب النجم المتفجر

وفي دراسة نشرت في دورية “فيزيكال ريفيو ليترز”، قام فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو بمحاولة لفحص تأثير التفاعلات “السرية” بين النيوترينوات على انهيار النجوم الضخمة.

فعندما تنهار النجوم الضخمة، تنتج كميات هائلة من النيوترينوات، تسرق (تمتص) الطاقة الحرارية من النجم، فتفقده قدرا من الطاقة، الأمر الذي يؤدي بالتبعية إلى انكماش النجم.

في النهاية، تصبح كثافة النجم المنهار عالية جدا لدرجة أن النيوترينوات تحاصر وتصطدم ببعضها، ولكن في هذا السياق، توصل العلماء إلى ملاحظة غريبة، فإذا كانت التفاعلات بين النيوترينوات تقتصر على النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، ستكون النيوترينوات في الغالب ذات نكهة إلكترونية، وستكون المادة “باردة” نسبيا، ومن المرجح أن يُخلف الانهيار بقايا نجم نيوتروني.

النموذج القياسي للفيزياء هو النظرية التي تشرح التفاعلات بين الجسيمات الأولية التي تشكل المادة والطاقة في الكون، ويعتمد هذا النموذج على فكرة أن كل شيء يتكون من جسيمات أصغر مثل الكواركات والإلكترونات، وأن التفاعلات بين هذه الجسيمات تتم عبر قوى أساسية، ويعتبر هذا النموذج الأساس لفهمنا للكون على مستوى التركيب الصغير جدا.

أما إذا كانت النيوترينوات تتفاعل بطرق غير معروفة حتى الآن، فقد يؤدي ذلك إلى إنتاج أنواع مختلفة من نكهات النيوترينوات، الأمر الذي يؤدي إلى خلق نواة نجمية ساخنة وغنية بالنيوترونات، فيزيد ذلك من احتمال تحول النجم إلى ثقب أسود بدلا من نجم نيوتروني.

فيزياء جديدة

ولكن إلى أي طريق منهما تفضل جسيمات النيوترينو المضي قدما وعلى أي أساس؟ لا يزال هذا السؤال بلا إجابة، ومن المحتمل أن تساعد “تجربة النيوترينو العميقة تحت الأرض للنيوترينوات” (ديون) التي ستجريها مختبرات فيرمي الوطنية في اختبار هذه المقترحات البحثية.

ومن المتوقع أن تبدأ التجربة في عام 2029، حيث ستركب أجهزة الكشف في موقع تحت الأرض في ولاية داكوتا الجنوبية، وقد يبدأ تشغيل الحزمة النيوترينية في عام 2031، بعد الانتهاء من بناء المنشآت اللازمة.

بالإضافة إلى ذلك، قد تسهم الملاحظات المستقبلية للنيوترينوات أو الموجات الجاذبية الناتجة عن انهيار النجوم في تقديم أدلة لتأكيد هذه التفاعلات السرية التي ربما تمثل فيزياء جديدة لم نكتشفها بعد.