تلاش چین برای حل معمای پرتوهای کیهانی

چین در حال ساخت یک تلسکوپ زیر آب عظیم برای شناسایی پرتوهای کیهانی نوترینو است. این ذرات شبح مانند می توانند اسرار جهان را فاش کنند.

به گزارش تکناک، پروژه ترایدنت (Trident) تا سال 2030 تکمیل خواهد شد و بزرگترین و پیشرفته ترین رصدخانه نوترینو در جهان خواهد بود.

نوترینوها چه هستند و چرا اهمیت دارند؟

نوترینوها ذرات زیر اتمی هستند که هیچ بار و تقریباً هیچ جرمی ندارند. آنها توسط رویدادهای کیهانی مانند ستارگان در حال انفجار، سیاهچاله ها و ابرنواخترها تولید می شوند. آنها می توانند بدون تأثیر میدان های مغناطیسی یا مواد دیگر سفر کنند.

نوترینوها می توانند سرنخ هایی در مورد منشاء پرتوهای کیهانی (تابش پرانرژی که زمین را از فضا بمباران می کند) ارائه دهند. دانشمندان بیش از یک قرن است که از زمان کشف منبع پرتوهای کیهانی توسط فیزیکدان اتریشی ویکتور هس در سال 1912 متحیر بوده اند.

پرتوهای کیهانی (cosmic radiation : high-speed, i.e. high-energy particle, mainly originating in outer space, outside the Solar system) بیشتر از پروتون ها ساخته شده اند، ذرات باردار که با برخورد با میدان های مغناطیسی تغییر جهت می دهند. این امر باعث می شود که ردیابی آنها به منشأ آنها غیرممکن شود. اما نوترینوها به دلیل خنثی بودن می توانند به جهت منبع خود اشاره کنند.

دانشمندان برای شناسایی نوترینوها باید آشکارسازهای بزرگی را در مکان‌هایی با صدای پس‌زمینه یا تداخل کم بسازند. برخی از تلسکوپ های نوترینو موجود در قطب جنوب، دریای مدیترانه و دریاچه بایکال در روسیه قرار دارند.

همانطور که روزنامه ساوت چاینا مورنینگ پست (SCMP) گزارش می دهد، تلسکوپ زیرآبی ترایدنت (Trident) در دریای چین جنوبی، در حدود 336 مایل (540 کیلومتر) جنوب هنگ کنگ قرار خواهد گرفت. این تلسکوپ شامل شبکه ای از حسگرهای متصل به بستر دریا در عمق 3500 متری (3.5 کیلومتری) خواهد بود. این حسگرها جرقه های نوری را که هنگام برخورد نوترینوها با مولکول های آب رخ می دهد، رصد می کنند.

دانشگاه جیائو تونگ شانگهای این پروژه را رهبری می کند و چندین دانشگاه دیگر چین را درگیر می کند. جزئیات این پروژه در مقاله ای که توسط Nature Astronomy منتشر شد اعلام شد.

نزدیکترین جزیره به تلسکوپ زیرآبی ترایدنت، یونگ شینگ است که کمتر از 200 کیلومتر فاصله دارد. طبق این مقاله، جزیره یونگ شینگ زیرساختی برای منبع تغذیه و انتقال داده ها فراهم می کند.

به گفته جینگ ییپنگ مدیر پروژه ترایدنت، این تلسکوپ به دنبال منابع پرتوهای کیهانی و کشف پدیده های دیگری مانند تقارن فضا-زمان، گرانش کوانتومی و ماده تاریک خواهد بود.

ظرفیت پروژه ترایدنت

تلسکوپ زیر آب ترایدنت حساسیت بسیار بالاتری نسبت به سایر تلسکوپ های نوترینو در جهان خواهد داشت. این تلسکوپ 10000 برابر توان بیشتر از بزرگترین تلسکوپ موجود در زیر یخ در قطب جنوب به نام IceCube، را خواهد داشت. این تلسکوپ همچنین پنج برابر بیشتر از KM3NeT، تلسکوپ دیگری که در دریای مدیترانه ساخته می‌شود، حساسیت خواهد داشت.

قطر ترایدنت  4کیلومتر است و حدود 1.8 مایل مکعب (7.5 کیلومتر مکعب) آب دریا را رصد می کند. این تلسکوپ رصدخانه های دیگر نوترینو را تکمیل می کند و به ایجاد یک شبکه آشکارساز جهانی کمک می کند.

ژو دونگلیان، دانشمند و سخنگوی ارشد این پروژه، گفت که ترایدنت از زمین به عنوان سپری برای تشخیص نوترینوهایی که از طرف مقابل سیاره نفوذ می کنند، استفاده خواهد کرد. او همچنین خاطرنشان کرد که ترایدنت با چرخش زمین قادر به دریافت نوترینوهایی است که از همه جهات می‌آیند و رصد آسمان را بدون هیچ نقطه کوری ممکن می‌سازد.

پروژه ترایدنت که برای دو دهه کارکرد طراحی شده است، شامل 1200 رشته حسگر عمودی است که در یک الگوی توزیع Penrose در کف دریا چیده شده اند.

هر رشته حسگر عمودی 700 متری مجهز به 20 ماژول نوری دیجیتال با وضوح بالا خواهد بود که برای تشخیص و اندازه گیری نور ساطع شده در نتیجه برخورد بین نوترینوها و اتم های هیدروژن یا اکسیژن در مولکول های آب طراحی شده اند.

داده‌های جمع‌آوری‌شده، از جمله تعداد و زمان رسیدن نوترینوهای ورودی، برای بازسازی اطلاعات مربوط به منشاء فضای عمیق ذرات پیام‌رسان( نوترینوها) استفاده خواهد شد.

انتظار می رود فاز آزمایشی این پروژه تا سال 2026 با بودجه وزارت علوم و فناوری، شهرداری شانگهای و دانشگاه شانگهای جیائو تونگ تکمیل شود.

محققان گفتند که در ابتدا در حال برنامه ریزی یک آرایه در مقیاس کوچک با ده رشته هستند که برای آزمایش فناوری های کلیدی زیربنای پروژه استفاده می شود.

از زمانی که IceCube در سال 2010 شروع به کار کرد، نوترینوهای پرانرژی را شناسایی کرد که احتمالاً خارج از منظومه شمسی منشأ گرفته اند. همچنین اولین نقشه راه شیری در نوترینوها را نشان داد.

ژو نتیجه گیری کرد: ترایدنت پنجره جدیدی را برای مشاهده جهان بی انتها و آزمایش فیزیک بنیادی باز خواهد کرد.