📄 معروضة نسخة «بسيط» — «مبسّط» غير جاهزة بعد. أضفه إلى المفضّلة للمساعدة في تسريعها. اطلب التحليل الكامل

كرة البلياردو تصطدم بأخرى في ظلام دامس. صوت الاصطدام وقعقعة الكرات الساقطة في الجيوب — هذا كل ما يُسمع. هكذا تقريبًا يدرس الفيزيائيون تفاعلات الجسيمات الأولية عند طاقات لا يستطيع أي مسرع أرضي إنتاجها. في العمل الجديد، حوّل الفيزيائيون الفلكيون مجرات بأكملها إلى مختبرات عملاقة، وأصبحت الكيلومترات المكعبة من الجليد في القارة القطبية الجنوبية ومياه البحر الأبيض المتوسط كواشف.

الكمية الأساسية هنا هي المقطع العرضي للتفاعل. وهو مقياس لاحتمال أن يتفاعل جسيمان يمران بجانب بعضهما. كلما زاد المقطع العرضي، زادت وتيرة التصادمات. في التجارب الأرضية، مثل مصادم الهادرونات الكبير، تُقاس هذه الكمية مباشرة عن طريق تصادم حزم الجسيمات. ولكن عندما تتجاوز الطاقات قدرات المصادم، يتعين البحث عن طرق أخرى. اقترح مؤلفو العمل استخدام النيوترينوات — وهي جسيمات شبه مراوغة تولد في أكثر زوايا الكون اضطرابًا وتصل إلى الأرض دون عوائق.

فكرة الطريقة تشبه لغزًا بوليسيًا. لكل مصدر نيوترينو — سواء كان نواة مجرة بعيدة نشطة أو مركز مجرتنا درب التبانة — قدرة معروفة: عدد الأشعة الكونية التي يصدرها. ويمكن أيضًا تقدير كثافة المادة المستهدفة التي تصطدم بها هذه الأشعة. بمعرفة هذه المعطيات وقياس عدد النيوترينوات التي وصلت إلى الكاشف، يمكن حساب مدى فعالية التصادمات. يبقى المجهول الوحيد في المعادلة هو المقطع العرضي للتفاعل.

طبق العلماء طريقتهم على بيانات حقيقية: على النواة المجرية النشطة الشهيرة TXS 0506+056، التي ارتبطت لأول مرة بإشارة نيوترينو في عام 2017، وعلى المجرة النشطة NGC 1068، وعلى الإشعاع الصادر من مستوى مجرتنا، وحتى على حدث فائق الطاقة سُجل مؤخرًا بواسطة كاشف KM3NeT في البحر الأبيض المتوسط. ونتيجة لذلك، تمكنوا من فرض قيود على المقاطع العرضية في نطاق واسع جدًا من الطاقات — من 1 GeV المتواضعة إلى 100,000 GeV الهائلة. للمقارنة، يصل مصادم الهادرونات الكبير إلى 13,000 GeV فقط. وهكذا تصبح النيوترينوات الكونية أداة لاختبار النظريات حيث تكون التقنيات الأرضية عاجزة. وكما أن صوت الاصطدام في الظلام يكشف عن تصادم الكرات، فإن هؤلاء الضيوف غير المرئيين من الفضاء يخبروننا عن القوى التي تحكم المادة عند أقصى حدود الممكن.