הגלאי שחשף את חלקיק הנויטרינו

אחת מפריצות הדרך החשובות בשנת 2017 לפי מגזין Science: פיזיקאים הצליחו לזהות את החלקיק התת-אטומי החמקמק ביותר, הנויטרינו, חשיפה ששפכה אור חדש על גרעין האטום.  

אב טיפוס של הגלאי המאתר פיזור קוהרנטי של חלקיקי נויטרינו (באדיבות: Jean Lachat/University of Chicago).
אב טיפוס של הגלאי המאתר פיזור קוהרנטי של חלקיקי נויטרינו (באדיבות: Jean Lachat/University of Chicago).

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

ההישג של הפיזיקאים הביא לסופו מרדף שנמשך כארבעה עשורים, והוא לא נדרש לציוד המאסיבי שבדרך כלל משמש לגילוי חלקיקי הנויטרינו; במקום זאת, החוקרים הצליחו להגיע להישג בעזרת גלאי נישא שמשקלו דומה לזה של מכשיר מיקרוגל.

חלקיקי הנויטרינו, הנוצרים בתהליכים גרעיניים מסוימים, מגיבים עם חומר אחר בתכיפות כה נדירה, עד כדי כך שמרביתם פשוט עוברים דרך כדור הארץ מבלי להתגלות על ידי הגלאים הקיימים. על אף זאת, מדי פעם בפעם, חלקיק נויטרינו פוגע בחלקיק נויטרון בתוך גרעין האטום, וממיר אותו בעקבות כך לחלקיק מסוג פרוטון, תוך כדי שהוא עצמו הופך לחלקיק הניתן לגילוי כדוגמת האלקטרון; או שהוא פשוט מנתר מהפרוטון או מהנויטרון ומתרחק מגרעין האטום. שני התהליכים הללו כה נדירים, ולכן הגלאים המיועדים לאיתורם חייבים להכיל טונות רבות של חומר היעד – פיזיקאים השתמשו בחומרים החל מברזל וכלה בנוזלים לניקוי יבש – רק בכדי לאתר מעט מהמעט מסוגם. בכל אופן, בשנת 1974 מדעני תיאוריה חזו כי אם האנרגיה של הנויטרינו תהיה מספיק נמוכה, הוא יתנהג בדומה לגל קוונטי ויגרום לפליטה של כל הפרוטונים הנויטרונים שבגרעין. 'פיזור קוהרנטי' מסוג כזה מגביר משמעותית את הסיכוי לתגובה בין החלקיקים הללו, אולם הרתיעה נמוכת האנרגיה של הגרעין תהיה קשה לזיהוי.

שיתוף הפעולה של 81 מדענים במסגרת מיזם זה (COHERENT) הצליח לזהות את הפיזור הקוהרנטי המיוחל והחזוי. המדענים השתמשו בגלאי שמשקלו כ-15 ק"ג העשוי מגביש גדול של צזיום-יודיד שבתוכו נכלל היסוד נתרן, אשר מהבהב כאשר גרעיני האטומים שבתוכו עוברים תגובה עם נויטרינו. הם חשפו את הגלאי לחלקיקי נויטרינו שהוכנו על ידי מקור נויטרונים במעבדה הלאומית אוק רידג' אשר בטנסי, חלקיקים שהאנרגיה שלהם הייתה מספיק נמוכה לשם קבלת פיזור קוהרנטי, ומאידך גבוהה מספיק על מנת לייצר רתיעות ברות-מדידה.

סכימה של התהליך המתרחש בגרעין האטום האחראי לפליטתו החוצה של חלקיק הנויטרינו.
סכימה של התהליך המתרחש בגרעין האטום האחראי לפליטתו החוצה של חלקיק הנויטרינו.

גלאי נויטרינו קטנים מסוג זה עשויים ביום מן הימים לסייע בניטורם של כורים גרעיניים, למשל על מנת לוודא שהם פועלים בהתאם לאמנות למניעת הפצה של נשק גרעיני, או אפילו במציאת חלקיקים תת-אטומיים חמקמקים אף יותר. באמצעות השוואה של הפיזור הקוהרנטי של חלקיקי נויטרינו מגרעיני אטומים שונים, פיזיקאים יוכלו למדוד את המבנה הגרעיני בדרכים חדשות. אולם, לשיטה יש גם חיסרון: בעוד שפיזיקאים מנסים לאתר חלקיקים הנפלטים מהחומר השחור הקוסמי בעזרת גלאים רגישים במיוחד, הפיזור הקוהרנטי של חלקיקי נויטרינו מהשמש עלול להוות מקור להפרעות במדידות.

ראו עוד בנושא באתר הידען:

סיכום 2017 באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן