هناك ثلاثة انواع من النيترينو:
-النيترينو الالكترون electron neutrino و يرمز له ب ν_e
-النيترينو الميون muon neutrino و يرمز له ب ν_μ
-النيترينو الطاو tau neutrino و يرمز له ب ν_τ
وهى جسيمات لا تحمل شحنة كهربائية و بالتالى لا تتفاعل عبر الكهرومغناطيسية و ايضا لا تحمل شحنة لونية color charge نووية و بالتالى لا تتفاعل عبر القوة القوية اللونية strong color force النووية ومنه فانه لا يبقى لها الا التفاعل عبر القوة الضعيفة weak force النووية الاشعاعية التى هى اضعف القوى على الاطلاق فى الطبيعة و منه فان رؤية النيترينو هى فى الواقع من اصعب المهمات التجريبية للضعف الشديد لتفاعلاته مع المادة..
وفى الماضى كان يُظن ان النيترينو هو ايضا صفر الكتلة مما يعنى انه لا يتفاعل ايضا عبر قوة الجذب الثقالى..
وهذا يعنى -اذا كان فعلا صفر الكتلة- ان النيترينو يمكن ان يأتى الا كحالة دوارة الى اليسار..
وفعلا فان كل النيترينو المشاهد فى الطبيعة هو دوار الى اليسار left-handed و ليس دوار الى اليمين right-handed..
لكن انعدام الكتلة ايضا يعنى ان انواع النيترينو الثلاثة لا يمكن ان تمتزج مع بعضها البعض او ما يعرف بظاهرة اهتزاز النيترينو neutrino oscillation..
واهتزاز النيترينو يعنى ان الالكترون النيترينو الذى تنتجه الشمس مثلا يتحول نصفه (بالضبط) الى ميون نيترينو عند وصوله الى سطح الارض و هذا التحول هو اهتزاز و ليس تهافت..
بمعنى ان الالكترون النيترينو لم يتهافت اى يتلاشى و يتحول الى ميون نيترينو بل هو اهتز اى تحول خلال انتشاره فى الفضاء يتغير ذوقه flavor -هذا هو المصطلح- من الالكترون الى الميون النيترينو..
لكن النيترينو ليس منعدم الكتلة..
بل له كتلة صغيرة جدا جدا تبينها ظاهرة اهتزاز النيترينو كما برهنت على ذلك التجربة اليابانية Super-Kamiokande فى واخر التسعينات و تحصل رئيسها مع رئيس التجربة الكندية (فقط الرؤساء فى الفيزياء التجريبية يحصلون على نوبل و ليس المئات و الآلاف التى تعمل تحت امرتهم و هذا معقول) على نوبل فى الفيزياء فى سنة 2015 بسبب ذلك..
اذن النيترينو بسبب هذه الكتلة له جالة دوارة الى اليمين و حالة دوارة الى اليسار...
وهاتان الحالاتان تتحولان بشكل مختلف تحت تأثير التناظر المعيارى الموضعى local gauge symmetry للتفاعلات الكهروضعيفة electroweak interactions الذى يعطى بالزمرة SU(2)_LxU(1)_Y والتى يتم فيها توحيد القوى الكهرومغناطيسية مع القوى النووية الضعيفة..
فالنيترينو الدوار الى اليسار يتحول فى التمثيلة الاساسية fundamental representation لهذه الزمرة اما النيترينو الدورار الى اليمين فيتحول فى التمثيلة الاحادية singlet representation اى انه لا يتفاعل و لا يرى التفاعل الكهروضعيف..
وهذا الاختلاف فى التحويل بين الدوار الى اليمين و الدوار الى اليسار يعبر عن كون التفاعلات الضعيفة ليست متناظرة تحت تأثير التناظر المرآة parity الذى يرمز له ب P الذى يؤثر مثل المرآة اى انه يأخذ الاشياء الى صورها..
فالتناظر P يعنى ان كل تفاعل فى الطبيعة صورته فى المرآة هو ايضا تفاعل موجود فى الطبيعة الا عندما نصل الى القوة النووية الضعيفة فهى اسثناء..
ف P كان عليه ان يأخذ النيترينو الدوار الى اليمين الى نيترينو دوار الى اليسار لكن كونهما يتصرفان بشكل مختلف جذريا تحت تأثير التناظر الكهروضعيف يعنى ان التناظر المرآة P مغتصب قصويا maximally violated فى التفاعلات النووية الضعيفة (ودائما اقول ان هذا من اعمق الظواهر الطبيعية و اكرر ذلك هنا)..
اذن النيترينو الدوار الى اليمين هو فعلا جسيم شبح لا يتفاعل عبر اى شيء بشكل مباشر و كل تفاعلاته مع الجسيمات الاخرى تتم عبر جسيم الهيغر Higgs و لولا الهيغز لكان هذا النيترينو شبحا فعلا..
ثم ان الخاصية الغريبة الاخرى لكتلة النيترينو هى انه لا احد يعلم يقينا بعد فيما اذا كان النيتيرنو هو جسيم ديراك Dirac او انه جسيم ماجورانا Majorana و لو ان الاحتمال الاخير هو المرجح وهو يعنى مما يعنى ان الجسيم المضاد للنيترينو هو نفسه لا يتغير..
لكن كتلة النيترينو فى النموذج القياسى standard model يعبر عنها ضرورة بكتلة ماجورانا لان النيترنو الدوار الى اليمين مختلف جذريا عن النيترينو الدوار الى اليسار بازاء التناظر الكهروضعيف اعلاه SU(2)_LxU(1)_Y وهى يُحصل عليها عبر ميكانيزم هيغز Higgs mechanism و ميكانيزم الارجوحة seesaw mechanism (ترقبوا المحاضرة التقنية على مدونة الفيزيائى الجزائرى)..
اذن النيترينو بسبب الكتلة يهتز بين اذواقه الثلاثة فمثلا لو اخذنا الميون النيترينو الذى ينتج فى الاشعة الكونية cosmic rays من تهافت جسيم البيون pion كما فى الصورة حيث ان الميون يتهافت مباشرة بدوره الى الالكترون.. كل ذلك يحدث فى الغلاف الجوى..
اذن نرى من التفاعل الذى فى الصورة انه لدينا فى المحصلة 1 الكترون نيترينو و 2 ميون نيترينو اذن نتوقع مباشرة ان عدد الميون النيترونو الذى سنراه على سطح الارض هو ضعف عدد الالكترون النيترينو..
لكن المشاهد ان عدد الميون النيترينو يساوى بالضبط الالكترون النيترينو و ليس الضعف..
و التفسير الوحيد ان نصف عدد الميون النيترينو قد اهتز اى تحول فى طريقه الى الارض الى شئ آخر هو أكيد ليس الالكترون النيترينو لاننا رأيناهم كلهم..
اذن لم يبقى الا ان يكون قد اهتز الى الطاو النيترينو و هذا فعلا الذى يقع و لهذا فان نصف عدد الميون النيترينو لا يصل الى الارض لانه قد اهتز الى طاو نيترينو و الذى نراه فى النهاية هو ان عدد الميون النيترينو يساوى فعلا عدد الالكترون النيترينو و ليس الضعف كما يشير اليه التفاعل فى الصورة و هذا بسبب ظاهرة اهتزاز النيترينو..
ويبقى النيترينو فى الحقيقة من اغرب الجسيمات الاولية قاطبة و اهم ظواهره التى يعانيها هى ظاهرة اهتزاز النيترينو التى تعنى مما تعنى ان النيترينو له كتلة و منه فان النيترينو الدوار الى اليمين موجود و هو مختلف عن الدورار الى اليسار و منه فان كتلة النيترينو يجب ان تعطى بحد ماجورانا و ليس ديراك (وهو الجسيم الوحيد فى الطبيعة الذى هو ماجورانا) اى ان الجسيم المضاد له هو نفسه..
و ايضا هذا يعنى انه يجب ان يكون هناك موجود جسيم آخر ثقيل جدا ( حسب ميكانيزم الارجوجة) كتلته فى حدود السلم الطاقوى energy scale للنظريات التوحيدية الكبرى grand unified theories (وهو السلم الطاقوى الموالى لسلم النظرية الكهروضعيفة) هو الذى يؤدى الى كتلة صغيرة جدا لكن غير منعدمة للنيترينو و لهذا سميت بالارجوحة فالكتلة صغيرة من جهة (انحفاض) تؤدى الى كتلة مرتفعة من الجهة الاخرى (ارتفاع)..
-النيترينو الالكترون electron neutrino و يرمز له ب ν_e
-النيترينو الميون muon neutrino و يرمز له ب ν_μ
-النيترينو الطاو tau neutrino و يرمز له ب ν_τ
وهى جسيمات لا تحمل شحنة كهربائية و بالتالى لا تتفاعل عبر الكهرومغناطيسية و ايضا لا تحمل شحنة لونية color charge نووية و بالتالى لا تتفاعل عبر القوة القوية اللونية strong color force النووية ومنه فانه لا يبقى لها الا التفاعل عبر القوة الضعيفة weak force النووية الاشعاعية التى هى اضعف القوى على الاطلاق فى الطبيعة و منه فان رؤية النيترينو هى فى الواقع من اصعب المهمات التجريبية للضعف الشديد لتفاعلاته مع المادة..
وفى الماضى كان يُظن ان النيترينو هو ايضا صفر الكتلة مما يعنى انه لا يتفاعل ايضا عبر قوة الجذب الثقالى..
وهذا يعنى -اذا كان فعلا صفر الكتلة- ان النيترينو يمكن ان يأتى الا كحالة دوارة الى اليسار..
وفعلا فان كل النيترينو المشاهد فى الطبيعة هو دوار الى اليسار left-handed و ليس دوار الى اليمين right-handed..
لكن انعدام الكتلة ايضا يعنى ان انواع النيترينو الثلاثة لا يمكن ان تمتزج مع بعضها البعض او ما يعرف بظاهرة اهتزاز النيترينو neutrino oscillation..
واهتزاز النيترينو يعنى ان الالكترون النيترينو الذى تنتجه الشمس مثلا يتحول نصفه (بالضبط) الى ميون نيترينو عند وصوله الى سطح الارض و هذا التحول هو اهتزاز و ليس تهافت..
بمعنى ان الالكترون النيترينو لم يتهافت اى يتلاشى و يتحول الى ميون نيترينو بل هو اهتز اى تحول خلال انتشاره فى الفضاء يتغير ذوقه flavor -هذا هو المصطلح- من الالكترون الى الميون النيترينو..
لكن النيترينو ليس منعدم الكتلة..
بل له كتلة صغيرة جدا جدا تبينها ظاهرة اهتزاز النيترينو كما برهنت على ذلك التجربة اليابانية Super-Kamiokande فى واخر التسعينات و تحصل رئيسها مع رئيس التجربة الكندية (فقط الرؤساء فى الفيزياء التجريبية يحصلون على نوبل و ليس المئات و الآلاف التى تعمل تحت امرتهم و هذا معقول) على نوبل فى الفيزياء فى سنة 2015 بسبب ذلك..
اذن النيترينو بسبب هذه الكتلة له جالة دوارة الى اليمين و حالة دوارة الى اليسار...
وهاتان الحالاتان تتحولان بشكل مختلف تحت تأثير التناظر المعيارى الموضعى local gauge symmetry للتفاعلات الكهروضعيفة electroweak interactions الذى يعطى بالزمرة SU(2)_LxU(1)_Y والتى يتم فيها توحيد القوى الكهرومغناطيسية مع القوى النووية الضعيفة..
فالنيترينو الدوار الى اليسار يتحول فى التمثيلة الاساسية fundamental representation لهذه الزمرة اما النيترينو الدورار الى اليمين فيتحول فى التمثيلة الاحادية singlet representation اى انه لا يتفاعل و لا يرى التفاعل الكهروضعيف..
وهذا الاختلاف فى التحويل بين الدوار الى اليمين و الدوار الى اليسار يعبر عن كون التفاعلات الضعيفة ليست متناظرة تحت تأثير التناظر المرآة parity الذى يرمز له ب P الذى يؤثر مثل المرآة اى انه يأخذ الاشياء الى صورها..
فالتناظر P يعنى ان كل تفاعل فى الطبيعة صورته فى المرآة هو ايضا تفاعل موجود فى الطبيعة الا عندما نصل الى القوة النووية الضعيفة فهى اسثناء..
ف P كان عليه ان يأخذ النيترينو الدوار الى اليمين الى نيترينو دوار الى اليسار لكن كونهما يتصرفان بشكل مختلف جذريا تحت تأثير التناظر الكهروضعيف يعنى ان التناظر المرآة P مغتصب قصويا maximally violated فى التفاعلات النووية الضعيفة (ودائما اقول ان هذا من اعمق الظواهر الطبيعية و اكرر ذلك هنا)..
اذن النيترينو الدوار الى اليمين هو فعلا جسيم شبح لا يتفاعل عبر اى شيء بشكل مباشر و كل تفاعلاته مع الجسيمات الاخرى تتم عبر جسيم الهيغر Higgs و لولا الهيغز لكان هذا النيترينو شبحا فعلا..
ثم ان الخاصية الغريبة الاخرى لكتلة النيترينو هى انه لا احد يعلم يقينا بعد فيما اذا كان النيتيرنو هو جسيم ديراك Dirac او انه جسيم ماجورانا Majorana و لو ان الاحتمال الاخير هو المرجح وهو يعنى مما يعنى ان الجسيم المضاد للنيترينو هو نفسه لا يتغير..
لكن كتلة النيترينو فى النموذج القياسى standard model يعبر عنها ضرورة بكتلة ماجورانا لان النيترنو الدوار الى اليمين مختلف جذريا عن النيترينو الدوار الى اليسار بازاء التناظر الكهروضعيف اعلاه SU(2)_LxU(1)_Y وهى يُحصل عليها عبر ميكانيزم هيغز Higgs mechanism و ميكانيزم الارجوحة seesaw mechanism (ترقبوا المحاضرة التقنية على مدونة الفيزيائى الجزائرى)..
اذن النيترينو بسبب الكتلة يهتز بين اذواقه الثلاثة فمثلا لو اخذنا الميون النيترينو الذى ينتج فى الاشعة الكونية cosmic rays من تهافت جسيم البيون pion كما فى الصورة حيث ان الميون يتهافت مباشرة بدوره الى الالكترون.. كل ذلك يحدث فى الغلاف الجوى..
اذن نرى من التفاعل الذى فى الصورة انه لدينا فى المحصلة 1 الكترون نيترينو و 2 ميون نيترينو اذن نتوقع مباشرة ان عدد الميون النيترونو الذى سنراه على سطح الارض هو ضعف عدد الالكترون النيترينو..
لكن المشاهد ان عدد الميون النيترينو يساوى بالضبط الالكترون النيترينو و ليس الضعف..
و التفسير الوحيد ان نصف عدد الميون النيترينو قد اهتز اى تحول فى طريقه الى الارض الى شئ آخر هو أكيد ليس الالكترون النيترينو لاننا رأيناهم كلهم..
اذن لم يبقى الا ان يكون قد اهتز الى الطاو النيترينو و هذا فعلا الذى يقع و لهذا فان نصف عدد الميون النيترينو لا يصل الى الارض لانه قد اهتز الى طاو نيترينو و الذى نراه فى النهاية هو ان عدد الميون النيترينو يساوى فعلا عدد الالكترون النيترينو و ليس الضعف كما يشير اليه التفاعل فى الصورة و هذا بسبب ظاهرة اهتزاز النيترينو..
ويبقى النيترينو فى الحقيقة من اغرب الجسيمات الاولية قاطبة و اهم ظواهره التى يعانيها هى ظاهرة اهتزاز النيترينو التى تعنى مما تعنى ان النيترينو له كتلة و منه فان النيترينو الدوار الى اليمين موجود و هو مختلف عن الدورار الى اليسار و منه فان كتلة النيترينو يجب ان تعطى بحد ماجورانا و ليس ديراك (وهو الجسيم الوحيد فى الطبيعة الذى هو ماجورانا) اى ان الجسيم المضاد له هو نفسه..
و ايضا هذا يعنى انه يجب ان يكون هناك موجود جسيم آخر ثقيل جدا ( حسب ميكانيزم الارجوجة) كتلته فى حدود السلم الطاقوى energy scale للنظريات التوحيدية الكبرى grand unified theories (وهو السلم الطاقوى الموالى لسلم النظرية الكهروضعيفة) هو الذى يؤدى الى كتلة صغيرة جدا لكن غير منعدمة للنيترينو و لهذا سميت بالارجوحة فالكتلة صغيرة من جهة (انحفاض) تؤدى الى كتلة مرتفعة من الجهة الاخرى (ارتفاع)..
No comments:
Post a Comment