لأول مرة، تمكن العلماء من رؤية البنية الداخلية للأرض بمساعدة الجسيمات الشبحية - النيوترينوات.
الملخّص
قام العلماء "بوزن" الأرض باستخدام النيوترينوات - وهي جسيمات شبحية تقريبًا تعبر الكوكب. مثل الأشعة السينية، تضيء باطن الأرض، ومن خلال توهين التدفق يمكن تحديد كثافة الطبقات. تطابقت النتائج مع المعروف، لكن الجيولوجيا حصلت الآن على طريقة جديدة تمامًا. من كان يتصور أن الجسيمات الشبحية تستطيع وزن الأرض؟
الروابط في شبكة المعرفة 1
قبل ما يقرب من مائة عام، تنبأ الفيزيائي فولفغانغ باولي بوجود النيوترينوات - جسيمات خفيفة تمر عبر المادة كما يمر السيف في الزبد. ولكن أسهل بكثير: لإيقاف نيوترينو واحد فقط، يحتاج المرء إلى جدار من الرصاص بسمك سنة ضوئية. ومع ذلك، إذا كان النيوترينو عالي الطاقة، فإن الأرض ليست شفافة تمامًا بالنسبة له - خاصة النواة الحديدية الكثيفة. وهذا ما استخدمه العلماء: فكما يكشف ظل الجسم عن شكله، فإن توهين تدفق النيوترينوات أخبرنا عن باطن كوكبنا.
تخيل أنك تسلط مصباحًا ساطعًا من خلال زجاج ضبابي. من خلال مدى خفوت الشعاع في أماكن مختلفة، يمكنك تخمين أين يكون الزجاج أكثر سمكًا أو قذارة. الأرض بالنسبة للنيوترينوات هي مثل هذا الزجاج الضبابي، فقط الشعاع هو وابل من الجسيمات من الفضاء.
لأكثر من عشر سنوات، كان الكاشف العملاق IceCube، المدفون في الجليد القطبي الجنوبي، يلتقط الومضات من النيوترينوات التي تمر عبر الأرض. رصد الكاشف أكثر من ثلاثمائة ألف حدث من هذا القبيل. عندما يصطدم النيوترينو بذرة في الجليد، يتولد جسيم مشحون يندفع أسرع من سرعة الضوء المحلية ويسبب توهجًا مزرقًا. من خلال سطوع واتجاه هذه الومضة، تم تحديد طاقة النيوترينو ومدى ضعفها أثناء اختراقها لأعماق الأرض. بهذه الطريقة، تم إجراء نوع من التحليل الطيفي للكوكب: النيوترينوات ذات الطاقات المختلفة تتلاشى بشكل مختلف، مما يكشف عن طبقات ذات كثافات مختلفة - القشرة والوشاح والنواة.
تأتي النيوترينوات ذات الطاقة الأعلى إلينا من أكثر الأحداث اضطرابًا في الكون: من انفجارات المستعرات العظمى، و النجوم النابضة سريعة الدوران، والتصادمات بالقرب من الثقوب السوداء، ومن أسطح النجوم النيوترونية. في جوهرها، يتم تسليط الضوء على نواة الأرض بواسطة كوارث كونية بعيدة.
في النهاية، قام العلماء ببناء خريطة لكثافة الأرض من السطح إلى المركز ذاته. تطابقت الكتلة وعزم القصور الذاتي التي تم الحصول عليها مع تلك التي نعرفها من قياسات أخرى، ولكن تم الحصول عليها الآن باستخدام التفاعل الضعيف الذي يوصف بدقة بواسطة النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات. هذا مثل ميزان آخر - ليس ميزانًا نابضًا، ولكن، لنقل، ميزانًا ليزريًا: المبدأ مختلف، لكن الرقم هو نفسه. مثل هذه طريقة المسح الضوئي، التي كانت تستخدم سابقًا لأغلفة الكواكب البعيدة، استُخدمت لأول مرة للنظر داخل كوكبنا. ويعني ذلك أنه في المستقبل، سنتمكن من اختبار فهمنا لباطن الأرض بطريقة مستقلة، وربما توضيح لماذا تمتلك الأرض مجالًا مغناطيسيًا بينما لا يمتلكه المريخ.
🎯 لإيقاف نيوترينو واحد فقط، يحتاج المرء إلى جدار من الرصاص بسمك سنة ضوئية، ولكن عبر نواة الأرض، تُمتص النيوترينوات عالية الطاقة بمقدار النصف.
