لم يكتفِ العلم بإثبات وجود "جسيمات النيوترينو"، التي تُعرف بـ"الجسيمات الشبحية" بسبب صعوبة رصدها، بل أصبح التوجه الآن هو البحث عن أشقاء لتلك الجسيمات، وهو ما سعى له باحثون في الدراسة التي قُبلت للنشر قبل أيام في دورية "فيزيكال ريفيو دي".
وتعبر أجسادنا في كل لحظة أعدادٌ هائلة من هذه الجسيمات الغامضة القادمة من الشمس والفضاء، بل إن بعضها يمر عبر الأرض بأكملها دون أن يصطدم بشيء تقريبا، وهي جسيمات دون ذرية لا تحمل شحنة كهربائية، وكتلتها ضئيلة للغاية، لذلك لا تتفاعل مع المادة إلا عبر القوة النووية الضعيفة والجاذبية، ونتيجة لذلك، تستطيع أعداد هائلة منها عبور أجسامنا والكواكب دون أن تترك أثرا يمكن ملاحظته.
ويعرف العلماء ثلاثة أنواع، أو ما يُسمى في الفيزياء "نكهات" من النيوترينوات، وهي "نيوترينو الإلكترون" و"نيوترينو الميون" و"نيوترينو تاو"، ويرتبط كل نوع منها بجسيم مشحون يحمل الاسم نفسه، "الإلكترون" أو "الميون" أو "التاو".
ولا يظل "النيوترينو" بالضرورة على النوع الذي بدأ به رحلته، إذ يمكنه التحول من نوع إلى آخر أثناء انتقاله في ظاهرة تعرف باسم "تذبذب النيوترينو".
ويعني هذا التحول امتلاك "النيوترينوات" كتلة، وإن كانت صغيرة جدا، ويثبت ذلك أن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات بصورته الأصلية لا يفسر كل خصائصها.
ويستخدم الفيزيائيون لفهم هذا التحول ما يعرف باسم "مصفوفة خلط النيوترينوات"، وهي أداة رياضية تصف العلاقة بين الأنواع التي نرصدها في التجارب، والحالات الكتلية التي تنتشر بها هذه الجسيمات أثناء حركتها.
لكن ماذا لو لم تكن هذه الصورة مكتملة، وكانت توجد أنواع أخرى من النيوترينوات لا تتفاعل بالطريقة التي تتفاعل بها الأنواع الثلاثة المعروفة؟
طرح الباحثون في هذا الإطار الفرضية التي تعرف باسم "النيوترينوات العقيمة"، وهي جسيمات افتراضية قد تكون أشقاء إضافيين للنيوترينوات الثلاثة المعروفة.
ولا تعني صفة "عقيمة" أنها لا تتفاعل مطلقا مع أي شيء، بل تشير تحديدا إلى غياب تفاعلها عبر القوة النووية الضعيفة، وبالتالي لن يكون من السهل رصدها مباشرة.
ومن بين السيناريوهات التي يدرسها الفيزيائيون احتمال وجود أنواع إضافية من النيوترينوات قد تكون أثقل من الأنواع الثلاثة المعروفة، ويمكنها الاختلاط بها أثناء حركتها.
ويقول الباحثون: "إذا وُجدت هذه الجسيمات، فقد تترك أثرا في الطريقة التي تتغير بها النيوترينوات المعروفة من نوع إلى آخر، بحيث لا تصبح العلاقات الرياضية التي تصف هذا التحول مطابقة تماما لما يتوقعه العلماء في حالة وجود ثلاثة أنواع فقط".
وتكمن أهمية هذا الاحتمال في أن العلماء ليسوا مضطرين إلى رصد النيوترينوات الإضافية مباشرة، وهي مهمة بالغة الصعوبة إذا كانت تلك النيوترينوات لا تتفاعل مع المادة عبر القوة النووية الضعيفة مثل الأنواع التقليدية، وبالتالي يمكن البحث عن بصمتها غير المباشرة، من خلال رصد أي اختلاف -ولو كان طفيفا- في سلوك النيوترينوات الثلاثة المعروفة مقارنة بما تتنبأ به النظريات الفيزيائية الحالية.
واتجه الباحثون لاختبار هذه الفرضية إلى بيانات مرصد "آيس كيوب"، المدفون في أعماق الجليد بالقطب الجنوبي، وهو شبكة ضخمة من أجهزة الاستشعار موزعة داخل الجليد، ترصد الومضات الضوئية التي تنتج عندما تتفاعل جسيمات نادرة مع المادة.
وضمن هذا المرصد، توجد منظومة "ديب كور" المصممة لتعزيز القدرة على رصد النيوترينوات منخفضة الطاقة نسبيا.
وركز الفريق على عينة عالية النقاء من التفاعلات التي تحدث عندما يتفاعل نيوترينو الميون مع المادة عبر القوة النووية الضعيفة، منتجا ميونا، لكن النتائج لم تكشف عن إشارة تؤكد وجود نيوترينوات عقيمة أو أشقاء إضافيين للأنواع الثلاثة المعروفة.
لكن الباحثين نجحوا في وضع معادلات تساعد في تضييق مساحة الاحتمالات التي يمكن أن يختبئوا فيها، لتظل فرضية النيوترينوات العقيمة واحدة من الأسئلة المفتوحة في فيزياء الجسيمات، فيما تواصل المراصد البحث عن آثارها غير المباشرة.
