لأول مرة، تم قياس كثافة الأرض باستخدام النيوترينوات - جسيمات تخترق الكوكب دون عائق تقريبًا.
الملخّص
استخدم العلماء النيوترينوات — وهي جسيمات لا يكاد يعيقها أي مادة — «لتصوير» الأرض من الداخل. وعلى غرار الأشعة السينية، أتاح ذلك قياس كثافة الكوكب، ولأول مرة تحديد كتلته وعزم قصوره الذاتي (أي كيفية توزع الكتلة عند دورانه). وتطابقت النتائج مع البيانات السابقة. فهل ستتمكن النيوترينوات من النفاذ إلى أعماق عوالم أخرى؟
الروابط في شبكة المعرفة 1
تم مسح الأرض باستخدام تقنية تشبه الأشعة السينية - لكن الدور هنا لعبته النيوترينوات، وهي جسيمات شبحية لا يكاد يعترضها أي مادة. توقعها باولي، وأدرجها فيرمي في النموذج القياسي - أفضل نظرية للعالم المصغّر، حيث يمنح الكتلةَ بوزون هيغز (الذي اكتشفه هيغز). تتولد النيوترينوات من تصادم الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي، وفي كل ثانية تمر تريليونات منها عبر راحة اليد - دون أثر.
كان كاشف IceCube، المضمن في كيلومتر مكعب من جليد القارة القطبية الجنوبية، يلتقط على مدى عشر سنوات الومضات المزرقة من النيوترينوات التي اخترقت الكوكب بالكامل. والجليد هناك شفاف لدرجة أن المستشعرات ترى الومضات الخافتة على بعد مئات الأمتار - مثل أضواء الزينة المتلألئة في كتلة الجليد. بمقارنة عدد هذه الأحداث مع التدفق المتوقع من خلال المحاكاة الحاسوبية وتحليل الطاقات، بنى العلماء خريطة كثافة من القشرة إلى اللب - أشبه بتصوير مقطعي كمومي حقيقي.
كانت النتيجة مذهلة في اعتياديتها: كتلة الأرض تساوي 7.25×10²⁴ كغ، تماماً كما في البيانات الزلزالية. لا فراغات، ولا بحار خفية - فقط حديد منصهر شديد الحرارة. وتحطمت فرضية الكوكب الأجوف أمام إحصائيات النيوترينو. وهكذا قمنا لأول مرة وبشكل مستقل 'بوزن' كوكبنا، وحصلنا على أداة قادرة على النظر في أعماق العوالم البعيدة.
🎯 تمر النيوترينوات عبر الأرض دون خسارة تقريباً: من تريليون جسيم، يتم امتصاص حفنة فقط - وهذا هو سبب صعوبة رصدها.
🎬 لطالما استخدم الخيال العلمي النيوترينوات كجسيمات تخترق كل شيء. والآن يلحق الواقع بالخيال: نستخدمها للنظر داخل الأرض، وفي المستقبل - داخل الكواكب الأخرى.
شعاع النيوترينو يضعف أسيًا مع الكتلة التي يمر بها. X هي كثافة العمود، مجموع كل الكتلة على مسار الشعاع. كلما كان الكوكب أكثر كثافة عند النظر من خلاله، قل عدد النيوترينوات التي تصل.
I = \frac{8\pi}{3} \int_0^R \rho(r) r^4 dr
عزم القصور الذاتي القطبي هو مقياس لكيفية توزيع الكتلة على طول نصف القطر. تحول هذه الصيغة ملف الكثافة الناتج ρ(r) إلى رقم يمكن مقارنته بالقياسات الثقالية. يؤكد التطابق سلسلة النيوترينو بأكملها.
