ظواهر غير متوقعة للجسيمات الشبحية داخل النجوم تفتح أبواب فيزياء مجهولة للمستقبل

النيوترينو هو جسيم دون ذري خفيف للغاية، حتى إن كتلته تكاد تكون معدومة مقارنة بالجسيمات الأخرى، كما أن تفاعله مع المادة ضعيف جدًا، مما يسمح له بالمرور عبر الأرض أو جسم الإنسان بسهولة تامة دون أن يتأثر أو يُحدث أي تفاعل ملموس، لذلك يُطلق عليه اسم “الجسيمات الشبحية”؛ إذ يمر في كل لحظة عبر جسم الإنسان ما يقارب 100 تريليون نيوترينو دون أن نشعر بها.

أنواع نكهات النيوترينو وأصولها في الكون

تنقسم النيوترينوات المعروفة إلى ثلاث “نكهات” رئيسية هي: نيوترينو الإلكترون، ونيوترينو الميون، ونيوترينو التاو، وتولد هذه الجسيمات الرقيقة في العديد من العمليات النووية الطبيعية والاصطناعية؛ أبرزها التفاعلات داخل النجوم، والانفجارات النجمية العنيفة المعروفة بالمستعرات العظمى، إضافة إلى التفاعلات النووية الأرضية ومصادمات الجسيمات. تتولد هذه النكهات النيوترينية من مصادر متعددة وتمثل مفتاحًا لفهم تطور النجوم ونهاية حياتها.

دور النيوترينوات في انهيار النجوم الضخمة وتأثيرها على تكوين بقايا النجم

عندما تنهار النجوم الضخمة، ينبعث منها كم هائل من النيوترينوات التي تقوم بسرقة الطاقة الحرارية من النجم مما يسبب فقدانه لجزء من طاقته وانكماشه تدريجيًا، ويصل الأمر إلى أن كثافة النجم تصبح عالية جدًا لتحتجز وتحاصر النيوترينوات التي بدأت تصطدم ببعضها البعض. وفقًا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، تكون النيوترينوات المنتجة في الغالب ذات نكهة إلكترونية، وفي هذه الحالة تبقى المادة باردة نسبيًا، وينتج عن ذلك انهيار يؤدي إلى تكوين نجم نيوتروني كثيف. النموذج القياسي الذي يشرح تفاعلات الجسيمات الأولية يوضح أن الكون مكوّن من جسيمات صغيرة للغاية تتفاعل عبر قوى أساسية، ويشكّل هذا الفهم حجر الأساس لفهمنا للتركيب الدقيق للكون.

احتمالات جديدة في فيزياء النيوترينوات وتأثيرها على مصير النجوم المنهارة

إذا كانت النيوترينوات تتفاعل بشكل مختلف عن المفهوم المعروف حتى الآن، قد يؤدي ذلك إلى ظهور نكهات نيوترينية متنوعة تُثري نواة النجم المنهار بالحرارة والنيوترونات، مما يزيد من احتمال تحوله إلى ثقب أسود بدلًا من نجم نيوتروني. لا يزال السؤال حول المسار الذي تتبعه هذه الجسيمات الدقيقة مجهولًا، ولكن التجربة المنتظرة “تجربة النيوترينو العميقة تحت الأرض” (DUNE) في مختبرات فيرمي الوطنية ستبدأ في 2029 لتكشف عن هذه الألغاز عبر تركيب أجهزة كشف متقدمة في ولاية داكوتا الجنوبية، مع بدء تشغيل حزمة النيوترينوات بحلول 2031. بالإضافة إلى ذلك، قد تقدم الملاحظات القادمة للنيوترينوات أو الموجات الجاذبية الناتجة عن انهيار النجوم أدلة حاسمة على وجود فيزياء جديدة غير مكتشفة بعد تتعلق بتفاعلات النيوترينوات السرية.

• يعد النيوترينو جسيمًا خفيفًا لا يتفاعل إلا نادرًا مع المادة مما يجعله فريدًا بين الجسيمات دون الذرية.
• تشمل النكهات الرئيسية للنيوترينوات الإلكترون والميون والتاو، وتنتج من تفاعلات نووية فلكية وأرضية.
• تؤثر تفاعلات النيوترينوات على انهيار النجوم الضخمة ومدى احتمال تشكل نجوم نيوترونية أو ثقوب سوداء.
• تُجرى تجارب مستقبلية مثل DUNE لاكتشاف أسرار جديدة حول تفاعلات النيوترينوات وربما فيزياء غير معروفة.