مسئله نوترینوی خورشیدی Solar neutrino problem

از دههٔ ۱۹۶۰ آزمایش‌های زمینی تنها حدود یک‌سوم تا نصف نوترینوهایی را که نظریهٔ خورشید پیش‌بینی می‌کرد، آشکار می‌کردند. این کمبود که «مسئلهٔ نوترینوی خورشیدی» نام گرفت، سه دهه پرسش بزرگ فیزیک بود: یا مدل خورشید غلط بود، یا فیزیک ذرات چیزی کم داشت.

مسئله از کجا آمد؟

در هستهٔ خورشید، همجوشی هسته‌ای هیدروژن به هلیوم، به‌ویژه از راه زنجیرهٔ پروتون-پروتون، نوترینوهای الکترونی تولید می‌کند. نوترینوها تقریباً با ماده برهم‌کنش نمی‌کنند و از خورشید و زمین بی‌مانع می‌گذرند. ریموند دیویس در دههٔ ۱۹۶۰ با مخزنی بزرگ از ماده‌ای حاوی کلر در معدنی ژرف در آمریکا، تعداد اندکی از آن‌ها را شمرد و نتیجه به‌طرز پایداری کمتر از پیش‌بینی جان باکال بود. بعدها آزمایش‌های دیگری مانند کامیوکانده در ژاپن نیز همین کمبود را تأیید کردند.

راه‌حل چه بود؟

راه‌حل در خود نوترینوها بود. نوترینو سه «طعم» دارد (الکترونی، میونی و تاوی) و با گذر از فضا می‌تواند از یک طعم به طعم دیگر دگرگون شود، که به آن نوسان نوترینو می‌گویند. این پدیده فقط اگر نوترینوها جرم، هرچند ناچیز، داشته باشند ممکن است. آزمایش‌های پیشین فقط طعم الکترونی را می‌دیدند و بخشی از نوترینوها در راه به طعم‌های دیگر تبدیل می‌شد.

در سال ۲۰۰۱ و ۲۰۰۲، رصدخانهٔ نوترینوی سادبری (SNO) در کانادا توانست همهٔ طعم‌ها را بشمارد و نشان داد مجموع آن‌ها در حد خطای اندازه‌گیری با پیش‌بینی مدل خورشید سازگار است. جایزهٔ نوبل فیزیک ۲۰۰۲ به ریموند دیویس و ماساتوشی کوشیبا برای نوترینوی اخترفیزیکی، و جایزهٔ ۲۰۱۵ به تاکاآکی کاجیتا و آرتور مک‌دونالد برای کشف نوسان نوترینو رفت.

چرا این ماجرا مهم است؟

مدل استاندارد خورشید درست بود و ثابت شد که فیزیک ذرات مدل استاندارد باید گسترش یابد، چون نوترینوها جرم دارند. این ماجرا نمونه‌ای عالی است از اینکه چگونه ناسازگاری میان نظریه و رصد، به کشفی تازه می‌انجامد.

پرسش‌های رایج

### مسئلهٔ نوترینوی خورشیدی چه بود؟
مسئلهٔ نوترینوی خورشیدی کمبود نوترینوهای الکترونی رصدشده از خورشید در مقایسه با پیش‌بینی مدل‌ها بود که حدود سی سال بی‌پاسخ ماند.

### مسئلهٔ نوترینوی خورشیدی چگونه حل شد؟
با کشف نوسان نوترینو. نوترینوهای الکترونی در راه خورشید تا زمین به طعم‌های دیگر تبدیل می‌شوند و آزمایش‌های نخستین فقط طعم الکترونی را می‌دیدند.

### آیا نوترینوها جرم دارند؟
بله. نوسان نوترینو بدون جرم ممکن نیست. جرم آن‌ها بسیار کوچک است، اما مقدار دقیقش هنوز در دست اندازه‌گیری است.