نوترینوها سه طعم دارند: نوترینو الکترون، نوترینو میون و نوترینو تاو. واکنش های هسته ای در هسته ی خورشید تنها نوترینوهای الکترونی تولید می کنند و این ها نوترینوهایی هستند که آشکارسازها نسبت به آن­ها حساس­تر هستند. در طی حرکت به سوی زمین، در آمیختگی ميان طعم­ها باعث می­شود برخی از نوترینوهای الکترونی به دیگر طعم­ها تغییر ماهیت دهند.

در انرژی­های کم حدود یک مگا الکترون ولت (MeV)، آهنگ آشکارسازی نوترینوهای الکترونی متناظر با حدود 50% آهنگ تولید در هسته ی خورشید است. این با مقدار پیش بینی شده برای تغییر طعم در فضای خلا میان خورشید و زمین سازگار است. در انرژی­های بالاتر، آهنگ آشکارسازی به حدود 30% افت می­کند که توضیح آن تنها از طریق درآمیختگی در خلا، مشکل است. نظریه دانان این کمبود را به برهم کنش نوترینو با مواد متراكم درون خورشید طی حرکت از سمت هسته به سطح آن نسبت می دهند. اثر میخایف-اسمیرنف-ولفنشتاین [1] (MSW) پیشگویی می­کند که نوترینوهای با انرژی بالاتر به دلیل برهم کنش با مواد تشکیل دهنده خورشیدی به صورت موثرتری در آمیخته می شوند و در نتیجه کاهش بیشتر تعداد نوترینوهای الکترونی به وجود می آید. اثر MSW برای نوترینوهای با انرژی پایین تر، قابل صرف نظر است.

اثر MSW، اطلاعات به دست آمده از نوترینوي خورشیدی را توضیح می­دهد، اما هرگز به صورت مستقل تحقیق نشده است. اندرو رنشاو (Andrew Renshaw) از دانشگاه کالیفرنیا، ارواين توضیح می­دهد که «ما هرگز نوترینوها را بدون مداخله ماده خورشیدی نمی بینیم.» یک راه برای اينكه بتوان اثر (MSW) را «روشن و خاموش» كرد، این است که از زمین به عنوان فیلتر نوترینو که در مقابل یک آشکارساز نوترینو هر شب می چرخد، استفاده شود. همینطور که نوترینوها زمین را می پیمایند، اثر MSW باعث می­شود بعضی از طعم­های میون و تاو به طعم الکترونی بازگردند که باعث افزایش تعداد نوترینوهای الکترونی آشکارسازی شده می شود. در جستجوي قبلي براي عدم تقارن در روز و شب، سيگنال بسيار كوچكي ديده شد اما از نظر آماري اهميت نداشت [2].

رنشاو و همكارانش اكنون اين سوال را با سوپر كاميوكانده (Super-K) كه يك آشكارساز نوترينو بسيار بزرگ در زير زمين و در يك معدن در ژاپن است، بررسي كرده­اند. در اين آشكارساز، 12 مخزن شامل 50000 تن آب است و با 13000 لامپ تقويت كننده نور رشته بندي شده است. هنگامي كه يك نوترينوي خورشيدي با انرژي بالا (5-20 MeV) با يك مولكول آب برخورد مي كند، مي تواند يك ذره باردار با سرعت بالا توليد كند كه از طريق نوري كه در مخزن ايجاد مي­كند، قابل مشاهده است. احتمال چنين رخدادي براي نوترينوهاي الكتروني در مقابل ديگر نوترينوها، 6 برابر بيشتر است. اما هنوز برهم كنش ها چنان نادر هستند كه Super-K تنها يك يا دو نوترينوي خورشيدي را در روز آشكارسازي مي كند.

رصدخانه کامیوکا، ICRR، دانشگاه توکیو - ديد در شب: در آزمايش Super-K (در اينجا بدون آب ديده مي­شود)، تعداد نوترينوي مشاهده شده در شب اندكي بيشتر از هنگام روز است. اين نتيجه با پيش­بيني­هاي نظري در توافق است كه بيان مي كنند كسري از نوترينوها هنگام عبور از زمين به طعم الكتروني كه Super-Kبه آن حساس تر است، تغيير مي­كنند.

گابريل اربي گان (Gabriel Orebi Gann) از دانشگاه كاليفرنيا، بركلي مي­گويد اين يافته «قطعاً اهميت دارد براي اينكه درك ما از برهم­كنش نوترينوها با ماده را تاييد كند.» او مي­گويد نتيجه Super-K هنوز يك تاييد نيست «اما يك نشانه بسيار قوي است.» جاش كلاين (Josh Klein) از دانشگاه پنسيلوانيا بر اين نظر است كه اين «خيلي عالي است» كه ما نشانه­هايي از يك تبديل كوانتوم مكانيكي از نوترينوها درون زمين را مي­بينيم. از آنجا كه اين تبديل به چگالي ماده برهم كنش كننده با نوترينوها بستگي دارد، كلاين تصور مي­كند كه اين مشاهدات مي تواند روزي زمينه بررسي درون زمين را فراهم نمايد.

منبع:

Focus: Neutrinos Are Brighter at Night

مرجع­ها:

1. L. Wolfenstein, “Neutrino Oscillations in Matter,” Phys. Rev. D 17, 2369 (1978); S. P. Mikheyev and A. Yu. Smirnov, “Resonance Enhancement of Oscillations in Matter and Solar Neutrino Spectroscopy,” Sov. J. Nucl. Phys. 42, 913 (1985).
2. B. Aharmim et al. (SNO Collaboration), “Combined Analysis of All Three Phases of Solar Neutrino Data from the Sudbury Neutrino Observatory,” Phys. Rev. C 88, 025501 (2013).

درباره نويسنده:

مايكل اسكيربر (Michael Schirber)، نويسنده علمي مستقل در ليون فرانسه است.

ترجمه خبر توسط آزاده نعمتی