النيوترينو (Neutrino) يكشف عن السر النهائي للانصهار النووي للشمس

حقوق الصورة: SOHO (ESA & NASA)

          إن الكشف عن الجسيمات المُنتَجة في قلب الشمس يدعم النظرية الرائدة حول كيفية حصول نجمنا على الطاقة. في السنوات الأخيرة، وجد الفيزيائيون آخر التفاصيل المفقودة حول كيفية قيام الاندماج النووي بتزويد الشمس بالطاقة، وهذا من خلال التقاط النيوترينوات المنبعثة من قلب النجم.

إن هذا الاكتشاف يؤكد توقعات نظرية عمرها عقود من الزمن بأن البعض من طاقة الشمس تصنعها سلسلة من التفاعلات تعتمد على نواة كل من الكربون والنيتروجين. هذه العملية تدمج أربع بروتونات معًا في نواة الهيليوم، وتطلق اثنين من جزيء نيوترينو – الذي يُعتبر أخف جسيم أولي معروف للمادة – بالإضافة إلى جزيئات دُون ذرية أخرى مع كميات كبيرة من الطاقة. إن تفاعل الكربون والنتروجين (CN) ليس بعملية الاندماج الوحيدة التي تخص الشمس – لأن هذه العملية لا تُنتج سوى أقل من 1٪ من طاقة الشمس – ولكن يُعتقد أنه مصدر الطاقة الأكبر في النجوم كبيرة الحجم. يقول مارك بينسونولت، عالِم الفيزياء الفلكية بجامعة ولاية أوهايو، كولومبوس: “إنه من الجميل حقًا تأكيد أحد التوقعات الجوهرية لنظرية بُنية النجوم”. الكشف عن النتائج كان في 23 يونيو من خلال تجربة بوريكسينو تحت الأرض وسط إيطاليا، في مؤتمر نيوترينو الافتراضي 2020.

البالون الكاشف:

  تحتل تجربة Borexino للنيوترينوات الشمسية مساحة قاعة تحت أكثر من واحد كيلومتر من الصخور في مختبرات Gran Sasso National Laboratories، حيث أنها قيد العمل منذ عام 2007. يتكون الكاشف من بالون نايلون عملاق مملوء بـ 278 طنًا من الهيدروكربونات السائل، كما أنها مغمورة في الماء. الغالبية العظمى من النيوترينوات القادمة من الشمس تصل إلى الأرض في خط مستقيم، لكن عددًا صغيرًا يرتد من الإلكترونات في الهيدروكربونات، لينتج عن ذلك ومضات ضوئية يتم التقاطها بواسطة أجهزة استشعار الفوتون الموجودة في خزان المياه.

النيوترينوات من سلسلة تفاعلاتCN  (carbon cycle) تُعتبر نادرة نسبيًا، لأنها مسؤولة عن جزء صغير فقط من الاندماج الشمسي. من السهل الخلط بين النيوترينوات CN مع تلك التي ينتجها التحلل الإشعاعي للبزموث 210، وهو نظير يتسرب من نايلون البالون إلى خليط الهيدروكربونات.

على الرغم من وجود تلوث بتركيز منخفض للغاية – على الأقل بضع عشرات من نواة البزموت اليومية داخل بوريكسينو – يتطلب إيقاف وصول الإشارة الشمسية عن البزموت جهدًا كبيرًا حيث بدأ هذا العمل في عام 2014. لا يمكن منع تسرب البزموث 210 من البالون، لذا كان الهدف هو إبطاء معدل تسرب هذا العنصر. للقيام بذلك، كان على فريق البحث التحكم في عدم توازن درجة الحرارة في الخزان، يقول بالافيشيني: “يجب أن يكون السائل في حالة سكون تام، يتحرك على الأكثر بعشر سنتمترات في الشهر”.

لضمان ثبوت درجة حرارة الهيدروكربونات، قاموا بتغليف الخزان بأكمله بواسطة بطانية عازلة مع تثبيت مبادِلات حرارية لموازنة درجة الحرارة تلقائيًا طوال الوقت. وما كان عليهم سوى الانتظار ففي عام 2019 فقط، أصبحت ضوضاء البزموث هادئة بما يكفي لإبراز إشارة النيوترينو. وبحلول أوائل عام 2020، جمع الباحثون ما يكفي من الجسيمات للمطالبة باكتشاف النيوترينوات من سلسلة الاندماج النووي CN.

يقول ألدو سيرينيللي، عالِم الفيزياء الفلكية بمعهد علوم الفضاء في برشلونة بإسبانيا: “إنه أول دليل مباشر على أن حرق الهيدروجين عبر cn-cycle (دورة الكربون carbon cycle) يعمل في النجوم”. ويواصل كلامه: إنه لأمر مدهش.

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

الكلمات الدلالية: الفيزياء، علم الفلك، النيوترينو، الاندماج النووي، الانصهار النووي، اكتشافات، تجربة بوريكسينو، Borexino