نيوترينو

*Neutrino/Antineutrino*
هجريب	Elementary particle
الأسرة	Fermion
المجموعة	Lepton, Anti-Lepton
التفاعل	weak interaction and gravitation
جسيم مضاد	Antineutrinos are possibly identical to the neutrino (see Majorana fermion).
التنظير	νe:Wolfgang Pauli (1930); νμ: Late 1940s ντ: Mid 1970s
اُكتـُشـِف	νe: Clyde Cowan, Frederick Reines (1956); νμ: Leon Lederman, Melvin Schwartz and Jack Steinberger (1962); ντ: DONUT collaboration (2000)
الرمز	νe, νμ, ντ, νe,νμ, ντ
عدد الأنواع	3 – electron neutrino , muon neutrino and tauon neutrino
الكتلة	Small, but non-zero. See the mass section.
الكتلة الكهربائية	0 e
سپين	1⁄2

للاستخدامات الأخرى، انظر نيوترينو(توضيح).

نيوترينو (Neutrino) هي جزيئات فيزيائية، تقدر قيمة لفها (كمية التحرك الزاوي) بـ1/2، ويمكن تصنفيها بذلك مع جزيئات الفرميون. كان الفهماء وإلى عهد قريب يعتقدون حتى وزن هذه الجزيئات يساوي الصفر، غير حتى التجارب التي أجريت مؤخرا أثبتت أنه ورغم كون هذه الجزيئات صغيرة جدا إلا حتى وزنها يختلف عن الصفر.

صورة لغرفة الفقاقيع لغاز الهيدروجين أخذت عام 1970 وهي تبين تفاعل النيوترينومع بروتون عند التقاء ثلاثة مسارات [يمين]. اصطدم أحد النيوترينوات (قادم من اليمين (غير مرئي) ونشأ عن الاصتدام ثلاثة مسارات لجسيمات (مشار إليهم)..

النيوترينو -Neutrino يعتبر جسيم أولي أصغر كثيرا جدا من الإلكترون، وليست له شحنة كهربية. حتي الآن لم ينجح الفهماء في قياس النيوترينو لأن تفاعله مع المادة ضعيف جدا.^{[بحاجة لمصدر]} اضطر الفهماء لاستنباط وجود النيوترينو بسبب ظاهرة تحلل بعض النظائر المشعة عن طريق إطلاق أشعة بيتا الني هي تعبير عن إلكترونات. فعند تحلل العنصر المشع إلي عنصر آخر يحدث فقد معين في الطاقة، هذا الفقد في الطاقة تعبير عن الفرق بين طاقة العنصر المشع وطاقة العنصر الناتج. والمفروض لاحترام قانون عدم فناء الطاقة حتى يحمل الإلكترون المنطلق من نواة الذرة والخارج علي هيئة شعاع من أشعة بيتا حتى يحمل هذا الفرق في الطاقة، ولكن القياسات تبين حتى الإلكترون يحمل طاقة أقل من الطاقة المفروضة خلال التحلل، لهذا افترض العالم الأمريكي فولفغانغ باولي عام 1930 وجود جسيم صغير يحمل تلك الطاقة الناسيرة التي لا نراها واطلق عليه اسم نيوترينوحيث أنه لا يحمل شحنة كهربية.

استغرق الفهماء وقتاً طويلاً حتى استطاعوا اكتشاف النيوترينوبأصنافه الثلاثة كما حتى الاكتشافات تمت على مراحل بدأت في الستينات وانتهت أواخر العام 2000. من المعتقد حتى حوالى عن 50 ترليون نيوترينوشمسي تخترق الجسم البشري جميع ثانية. في أواخر سبتمبر 2011، أعرب الفهماء عن نتائج تجارب استمرت بضع سنوات تأكد خلالها حتى سرعة النيوترينات أسرع قليلاً من سرعة الضوء الأمر الذي قد يعيد صياغة قوانين النسبية والفيزياء الحديثة.

نيترينو

مقدمة عامة

النيوترينات هي جسيمات أولية، تقدر قيمة لفها (كمية دورانها الزاوي(المغزلي)) بـ1/2، ويمكن تصنفيها بذلك مع جسيمات فصيلة الفرميون. كان الفهماء وإلى عهد قريب يعتقدون حتى وزن هذه الجسيمات يساوي الصفر، غير حتى التجارب التي أجريت مؤخرا أثبتت أنه ورغم كون هذه الجسيمات صغيرة جدا إلا حتى وزنها يختلف عن الصفر.

يعتبر فهماء الفيزياء عام 2002 عام النيوترينوعندما حاول العالم ريموند دافيز بجامعة بنسلفانيا تحسس نيوترينوات الشمس من خلال تصوير مسبار سوهوللأشعة الحمراء بها، واكتشف حتى الشمس تبث كميات أقل من المتسقط من هذه الجسيمات الشبحية دون الذرة.حيث بينت حسابات النماذج القياسية حتى الإشعاعات الشمسية تبلغنا عن عدد النيوترينوات التي تتولد نتيجة التفاعلات النووية بقلب الشمس.وهذه النماذج بينت حتى النيوترينوخامل ويمكن حتى يمر بالأرض بتآثر ضعيف جدا معها. وقد تمكن العالم دافيز من أسر بعضها في مجـس هائل يتحسسها تحت الأرض بعيدا عن تأثيرات الأشعة الكونية التي قد تؤثر على نتائج قياساته. وحصر قليلا منها. فلاحظ حتى الكمية ثلث ما كان متسقطا في نظرية النيترينو. ولما كان قد عهد حتى النيوترينويوجد في ثلاثة أنواع. جميع منها مرتبط بجسيم دون ذري آخر. ويخمن بعض فهماء الفيزياء حتى نيوترينوات شمسية بذاتها تتحول للنوع الآخر مما يصعب قياسها.وهذا النوعان يطلق عليهما نيوترينوميون (muon-neutrinos) ونيوترينو-تاو(tau-neutrinos). وعلي عكس ما ينطق بأن النترينوبلا كتلة وإلا من المحال تحويلها من نوع لآخر. وهذه المستجدات دفعت الباحثين لتجديد النماذج الفيزيائية التي تصف التفاعلات الداخلية لكل الجسيمات الأساسية في الكون. حدثا كان تمدد الكون بسرعة تقارب سرعة الضوء حدثا ثقلت موازينه وزادت كتلته وزاد حجمه. عكس نظرية آينشتاين^{[بحاجة لمصدر]} في النسبية، والقائلة حتى الأجسام حدثا زادت سرعتها لتصل حدا يقرب من سرعة الضوء زادت كتلتها وانكمشت في الحجم (لا تتمدد). لهذا تمدد الكون لا يخضع للنظرية النسبية لآينشتاين. فالكون يغص بالنيوترينوات التي تشكل كتلة النيوترينو منها جزءا متدنيا من كتلة الإلكترون. وكل ثانية تمر علينا تخترق أجسامنا تريليونات النيوترينوات التي تتصل إلى الأرض ولا تضرنا. واكتشاف حتى النيوترينوات لها أوزان يفترض أن تفصح عن بعض الموادالمخفية بالكون والتي تمسك المجرات والعناقيد المجراتية معا. فالنيوترينوات ما زالت ألغازا وقد بدأ فهمها مؤخرا.

تاريخ النيوترينوات

كانت فرضية النيوترينوقد اقترحت في 1930 بواسطة ولفجانج بولي لإبقاء مبادئ بقاء الطاقة, حفظ الدفع, وحفظ الدفع الزاوي في تحلل بيتا—عملية تحول النيوترون إلى بروتون وإلكترون ونيوترينو، طبقا للمعادلة:

n0 → p+ + e− + ν0

اقترحت نظرية باولي حتى جسيما لا يمكن إدراكه كان يحمل معه الفرق الملاحظ بين الطاقة، الزخم والزخم الزاوي للجسيمات الأولية والجسيمات النهائية.

اقترح وجود النوع الأول عام 1930 وأطلق عليه ν_e ثم ν_μ أواخر الأربعينات وأخيرا ν_τ أواسط 1970 كما تم اكتشاف النوع الأول عام 1956 والثاني عام 1962 والأخير عام 2000.

وفقا لقوانين النظرية النسبية لأينشتاين ، إذا كانت النيوترينوات لها كتلة لاصفرية فينبغي ألا تصل إلى سرعة الضوء ولكن لم تثبت حتى اليوم تجارب دقيقة تؤكد كتلتها ولكن على الأقل فقد تأكد الفهماء من خلال تجار أجريت في الثمانينات من القرن الماضي بأن سرعتها ليست أكبر من سرعة الضوء وإن كانت القيم التي حصلوا عليها أكبر بقليل(1.000051 من سرعة الضوء) فلا زالت ضمن مبدأ الريبة. في أواخر سبتمبر 2011، كشفت قياسات أجراها خبراء في إطار الاختبار الدولي "أوبرا"، حتى نيوترينوات اجتازت نفقاً يبلغ طوله 730 كيلومترا يفصل بين منشآت المركز الأوروبي للأبحاث النووية "سيرن" في جنيف ومختبر "سان جراس" في إيطاليا بسرعة 300006 كيلومترات في الثانية، أيستة كيلومترات في الثانية أكثر من سرعة الضوء (1.00002 قدر سرعة الضوء). ونشر فهماء المركز الأوروبي للأبحاث النووية "سيرن"، نتائج التجربة المعروفة باسم "تجربة أوبرا" الجمعة، والتي استخدمت فيها أجهزة قياس ورصد فائقة الدقة، لرصد سرعة 15 ألف "نيوترينو"، أثناء انتنطقها من مركز "سيرن" في سويسرا، إلى مركز أبحاث "غران ساسو"، قرب العاصمة الإيطالية روما. هذا الكشف الأخير حير الفهماء ولم تعد المسألة ضمن حدود مبدأ باولي وقد يضطرون إلى إعادة النظر في الكثير من قوانين الطبيعة بما فيها النسبية الخاصة والعامة.

قياس النيوترينوخلال تحلل بيتا المحفز

في عام 1942 أقترح كان-شانج وانج استخدام امتصاص أشعة بيتا من أجل قياس النيوترينو .

وفي 20 يوليو1956 نشرت مجلة سايانس Science الفهمية بحثا للفيزيائيين كلايد كووان وفريدريك راينس وباحثين آخرين معهم يؤيد أنهم قاموا بقياس النيوترينووالتحقق من وجوده. وقد حازا على ذلك الاكتشاف بعد مدة طويلة على جائزة نوبل للفيزياء عام 1995.

وتعهد تلك التجربة الآن بتجربة كووان-راينس للنيوترينو ، حيث صوبت نيوترينوات صادرة من مفاعل نووي ناشئة من تحلل بيتا إلى بروتونات ونتج عن التفاعل نيوترونات وبوزيترونات، طبقا لمعادلة التفاعل:.

{\displaystyle {\bar {\nu _{e +{\mbox{p ^{+ \rightarrow {\mbox{n +{\mbox{e ^{+

والبوزيترون [الموجب الشحنة ] سرعان ما يجد إلكترونا وينفنيا معا مصدران شعاعين من أشعة جاما ، ويمكن عد أشعة جاما الناشئة. ويمكن قياس النيوترون الناشئ عة طريق امتصاصه بنواة ذرة مناسبة ، وينتج عن الامتصاص أيضا شعاعا من أشعة جاما.

ويؤكد التزامن بين اصدار أشعة جاما الناشئة من إفناء البوزيترون وأصدار شعاع جاما الناشئ عن امتصاص النيوترون _ أي حدوثهما وتسجيلهما في نفس اللحظة - التفاعل الذي قام به نقيض النيوترينو.

وبذلك تحقق حتى ما اقترحته النظرية وما وجدته التجربة إنما كان هونقيض النيوترينو. ${\displaystyle {\bar {\nu _{e$

نقيض النيوترينو

نقيض النيوترينو أومضاد النيوترينو بالإنجليزية Antineutrino هوالجسيم المضاد للنيوترينويحمل شحنة محايدة تنتج عن تحلل بيتا وهوتحلل يحدث لبعض الأنوية الذرية. يصحب هذا الجسيم انبعاث جسيم بيتا حينما يتحول نيوترون إلى بروتون. يبلغ عزمه المغزلي 1/2 وهوينتمي إلى عائلة الليبتونات. جميع النيوترونات المضادة التي خضعت للمراقبة كان عزمها المغزلي من جهة اليمين وهوعكس لف النيوترونات. تتفاعل النيوترونات المضادة مع المادة إما بقوى الجاذبية أوالتآثر الضعيف لذا يصعب العثور عليها مخبريا. اكتشفت النيوترونات المضادة لأول مرة كنتيجة لتفاعلها مع نواة ذرة الكادميوم في خزان كبير للمياه. ثبت هذا الخزان بجانب مفاعل نووي كمصدر للنيوترونات المضادة. تشير تجارب تذبذب النيوترينوإلى حتى مضاد النيوترينولها كتلة لكن تجارب تحلل بيتا تصغر من قيمتها.

بما حتى النيوترينوات ومضادتها محايدة كهربائيا فيرجح أنها نفس الجسيم. والجسيمات التي تمتلك هذه الخاصية تعهد بجسيمات ماجورانا. إذا كانت النيوترينوات جسيمات ماجورانا فإن تحلل بيتا الثنائي قد يتحقق وقد بدأت بعض التجارب درس هذه المسألة. بدأ الباحثون حول العالم التحقيق في إمكانية قياس نقيض النيوترينو كوسيلة لمراقبة المفاعلات لمنع الانتشار النووي في إطار معاهدة منع الانتشار النووي. .

تذبذب النيوترينو

أنواع النيوترينو

Neutrinos in the Standard Model
of elementary particles
فرميون	الرمز	Mass
Generation 1
Electron neutrino	νe	< 2.2 eV
Electron antineutrino	νe	< 2.2 eV
Generation 2
Muon neutrino	νμ	< 170 keV
Muon antineutrino	νμ	< 170 keV
Generation 3
Tauon neutrino	ντ	< 15.5 MeV
Tauon antineutrino	ντ	< 15.5 MeV

نيوترينومضاد

النيوترينوالمضاد هوالجسيم المضاد للنيوترينويحمل شحنة محايدة تنتج عن تحلل بيتائي نووي. تتواجد هذه الجسيمات في انبعاثات الجسيمات البيتائية حينما يتحول نوترون الى بروتون. يبلغ دورانها 1/2 وتنتضم في إطار عائلة الليبتونات. جميع النيوترونات المضادة التي خضعت لمراقبة كان لفها من جهة اليمين وهوعكس لف النيوترونات. تتفاعل النيوترونات المضادة مع المادة إما بقوى الجاذبية أوالتآثر الضعيف لذا يصعب العثور عليها مخبريا. اكتسفت النيوترونات المضادة لأول مرة كنتيجة لتفاعلها مع نواة الكادميوم في خزان كبير للمياه. ثبت هذا الخزان بجانب مفاعل نووي كمصدر يمكن السيطرة عليه من النيوترونات المضادة. تشير تجارب تذبذب النيوترينوإلى حتى النيوترينات المضادة تمتلك كتلة لكن تجارب التححل البيتائي تصغر من قيمتها.

بما حتى النيوترونات ومضادتها محايدة كهربائية فيرجح أنها نفس الجسيم والجسيمات التي تمتلك هذه الخاصية تعهد بجسيمات ماخورانا. إذا كانت النيوترونات جسيمات ماخورانا فإن التحلل البيتائي المضاعف مسموح به وتم القيام بعدة تجارب للبحث في هذه العملية. بدأ الباحثون حول العالم التحقيق في إمكانية استعمال النيوترونات المضادة في مراقبة المفاعلات لمنع الانتشار النووي.

النيوترينات المولدة جيولوجياً

Solar neutrinos (proton-proton chain) in the Standard Solar Model

نيوترينوسوبرنوفا

SN 1987A

إنظر أيضا

جسيمات أولية
تحلل بيتا
تجربة سوبر كاميوكاندي
تذبذب النيوترينو
تجربة هومستاك
فهم فلك الطاقة العالية

المصادر

كتاب غوامض الكون لأحمد محمد عوف

^ فهماء يكتشفون جسيمات تتحرك أسرع من الضوء - سي حتى أن العربية، السبت، 24 أيلول/سبتمبر 2011، آخر تحديث 09:37 (GMT+0400)
^ تجاوز الـ «نيوترينو» سرعة الضوء يحير الفهماء - الاتحاد، تاريخ النشر: السبت 24 سبتمبر 2011
^ K. Riesselmann (2007). "Logbook: Neutrino Invention". Symmetry Magazine. 4 (2).
^ نطقب:Cite arxiv
^ فهماء يكتشفون جسيمات تتحرك أسرع من الضوء - سي حتى أن العربية، السبت، 24 أيلول/سبتمبر 2011، آخر تحديث 09:37 (GMT+0400)
^ تجاوز الـ «نيوترينو» سرعة الضوء يحير الفهماء - الاتحاد، تاريخ النشر: السبت 24 سبتمبر 2011
^ K.-C. Wang (1942). "A Suggestion on the Detection of the Neutrino". Physical Review. 61 (1–2): 97. doi:10.1103/PhysRev.61.97.
^ C.L Cowan Jr., F. Reines, F.B. Harrison, H.W. Kruse, A.D McGuire (July 20, 1956). "Detection of the Free Neutrino: a Confirmation". Science. 124 (3212): 103. doi:10.1126/science.124.3212.103. PMID 17796274.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Winter, Klaus (2000). . Cambridge University Press. p. 38ff. ISBN . This source reproduces the 1956 paper.
^ "The Nobel Prize". Nobelprize.org. Retrieved 29 June 2010.
^ LLNL/SNL Applied Antineutrino Physics Project. LLNL-WEB-204112 (2006): http://neutrinos.llnl.gov/
^ Applied Antineutrino Physics 2007 workshop: http://www.apc.univ-paris7.fr/AAP2007/
^ DOE/Lawrence Livermore National Laboratory (2008, March 13). New Tool To Monitor Nuclear Reactors Developed. ScienceDaily. Retrieved March 16, 2008, from http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080313091522.htm
^ LLNL/SNL Applied Antineutrino Physics Project. LLNL-WEB-204112 (2006): http://neutrinos.llnl.gov/
^ Applied Antineutrino Physics 2007 workshop: http://www.apc.univ-paris7.fr/AAP2007/
^ DOE/Lawrence Livermore National Laboratory (2008, March 13). New Tool To Monitor Nuclear Reactors Developed. ScienceDaily. Retrieved March 16, 2008, from http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080313091522.htm

الوصلات الخارجية

NEUTRINO UNBOUND: On-line review and e-archive on Neutrino Physics and Astrophysics
Nova: The Ghost Particle: Documentary on US public television from WGBH
SNEWS: Using neutrino detectors to receive early warning of supernovae
Measuring the density of the earth's core with neutrinos
John Bahcall Website
Universe submerged in a sea of chilled neutrinos, New Scientist,خمسة March 2008
Neutrinos caught in the act, "R&D" July 24, 2009 By Tia Jones
What's a neutrino?
Search for neutrinoless double beta decay with enriched 76Ge in Gran Sasso 1990–2003