در اعماق آب‌های دریای مدیترانه، فیزیکدانان شواهدی از یک ذره زیراتمی شبح‌وار کشف کرده‌اند که با سرعتی در فضا حرکت می‌کند که زمانی فقط می‌توانستند رویای آن را ببینند.
پاول دی یونگ، فیزیکدان دانشگاه آمستردام و سخنگوی کنونی همکاری جهانی تقریباً 350 دانشمند که در این کشف شرکت داشتند، گفت: «آنچه ما کشف کرده‌ایم، به نظر ما، پرانرژی‌ترین نوترینو است که تاکنون روی زمین ثبت شده است.»
این تیم روز چهارشنبه نوترینوی "انرژی فوق‌العاده بالا" خود را در مقاله‌ای که در مجله نیچر منتشر شد، اعلام کرد. این یافته فیزیکدانان و ستاره‌شناسان را یک قدم به درک این موضوع نزدیک‌تر می‌کند که دقیقاً چه چیزی در آنجا وجود دارد که ذرات را با چنین سرعت‌های غیرقابل تصوری به جلو می‌راند.
در یک کنفرانس خبری در روز سه‌شنبه، محققان این کشف را به عنوان نگاهی اجمالی به آنچه که جهان در شدیدترین حالت خود به نظر می‌رسد، توصیف کردند. پاسکال کویل، فیزیکدان ذرات نجومی در مرکز فیزیک ذرات مارسی در فرانسه، گفت: «ما به تازگی یک پنجره کاملاً جدید را باز کرده‌ایم. این واقعاً یک نگاه اجمالی بسیار هیجان‌انگیز به این رژیم انرژی است.»
نوترینوها به طور بدنامی غیر اجتماعی هستند. برخلاف بیشتر ذرات دیگر، آنها تقریباً بی‌وزن هستند و هیچ بار الکتریکی ندارند، بنابراین به طور منظم با ماده برخورد، دفع یا تعامل دیگری ندارند. آنها تقریباً از همه چیز عبور می‌کنند - درون ستاره‌ها، گرد و غبار چرخان کهکشان‌ها، افراد عادی - بدون هیچ ردی.
بنابراین بدون مانع، نوترینوها مستقیماً به سمت منشاء خود اشاره می‌کنند و آنها را به راهنمایان عالی برای "شتاب‌دهنده‌های کیهانی" طبیعی و هنوز ناشناخته‌ای تبدیل می‌کنند که آنها را ایجاد کرده‌اند. آنها همچنین به طرز چشمگیری گریزان هستند و برای دهه‌ها دانشمندان تلاش کرده‌اند تا آنها را با ابزارهایی در اعماق کوه‌ها، زیر دریاچه‌های یخ‌زده و مدفون در یخ‌های قطب جنوب به دام بیندازند.
اما هیچ نوترینو که قبلاً ثبت شده باشد، شبیه این یکی نبوده است. دانشمندان نوترینوی انرژی فوق‌العاده بالا را با استفاده از تلسکوپ نوترینوی کیلومتر مکعب یا KM3NeT یافتند که هنوز در حال ساخت است اما در حال حاضر کار می‌کند. این ابزار از یک جفت آشکارساز در چند کیلومتری زیر سطح مدیترانه، در سواحل فرانسه و سیسیل تشکیل شده است.
یکی از آشکارسازها - متشکل از رشته‌هایی از کره‌های گیرنده نور، که تقریباً به اندازه طول یک زمین فوتبال از هم فاصله دارند و به بستر دریا لنگر انداخته‌اند - تنها 10 درصد ساخته شده بود که یک سوم حسگرهای آن با فلاش مشخصه یک مشاهده نوترینو روشن شدند.
آشکارساز نوترینو را مستقیماً ندید. بلکه، ردپایی از یک ذره زیراتمی متفاوت، معروف به میون، را برداشت که هنگام برخورد نوترینو با سنگ یا آب دریا در نزدیکی ایجاد شده بود.
آن میون با سرعت رعد و برق از میان KM3NeT عبور کرد و ردی از فوتون‌های آبی روشن را در اعماق تاریک دریا به جا گذاشت. این تیم با استفاده از الگوی نور، و همچنین زمان رسیدن آن به قسمت‌های مختلف شبکه، جهت نوترینوی اصلی را استنباط کردند. آنها همچنین تخمین زدند که نوترینو 220 میلیون میلیارد الکترون ولت انرژی حمل می‌کرد.
این مقدار بیشتر از انرژی یک توپ پینگ پنگ در حال سقوط نیست. اما انرژی یک توپ پینگ پنگ بین هزار میلیارد میلیارد ذره پخش شده است. در اینجا، که در یکی از کوچک‌ترین ذرات ماده در جهان ما فشرده شده است، این انرژی ده‌ها هزار برابر بیشتر از چیزی بود که می‌توان توسط برترین شتاب‌دهنده ذرات جهان، برخورددهنده هادرونی بزرگ در CERN به دست آورد.
این تلسکوپ نوترینوی انرژی فوق‌العاده بالا را در فوریه 2023 ثبت کرد. اما محققان به دو سال زمان نیاز داشتند تا داده‌ها را تفسیر و تجزیه و تحلیل کنند، که در طی آن بین شادی و شک و تردید در نوسان بودند.
آارت هیجبوئر، ستاره‌شناس نوترینو در موسسه ملی فیزیک زیراتمی در هلند، در کنفرانس خبری روز سه‌شنبه گفت: «راستش را بخواهید، مدتی طول کشید تا جا بیفتد.» یکی دیگر از دانشمندان گفت که انرژی این ذره آنقدر زیاد بود که کل داده‌های آن کامپیوترش را از کار انداخت.
قبل از این کشف، پرانرژی‌ترین نوترینو که تاکنون شناسایی شده بود، حدود 10 میلیون میلیارد الکترون ولت بود. این رکورد چشمگیر در سال 2014 توسط رصدخانه نوترینوی آیس‌کیوب، یک شبکه بزرگتر از حسگرهای نور که در یخ‌های قطب جنوب تعبیه شده است، ثبت شد.
این نادر است که ابزاری مانند KM3NeT چنین نوترینو خارق‌العاده‌ای را در اوایل عمر خود شناسایی کند، که به تردید در نتیجه افزود. اریک بلاوفوس، فیزیکدان آیس‌کیوب در دانشگاه مریلند، که در روز چهارشنبه یک نظر مربوطه در نیچر نوشت، گفت که اولین بار در تابستان گذشته در کنفرانس‌ها نشانه‌هایی از این کشف را شنید. دکتر بلاوفوس گفت: «من فکر می‌کنم ناباوری زیادی وجود داشت که این می‌تواند واقعی باشد. در یک دهه مشاهدات، ما چیزی شبیه به این ندیده‌ایم.»
نائوکو کوراشی نیلسون، اخترفیزیکدان دانشگاه درکسل، که به طور رسمی در تیم تلسکوپ نیست اما وضعیت ناظر را دارد، گفت که KM3NeT خوش شانس بوده است. او گفت: «این اثبات شگفت‌انگیزی است که آشکارساز آنها به خوبی کار می‌کند.» او افزود که شناسایی یک نوترینو به تنهایی «سوالات بسیار بیشتری را نسبت به پاسخ‌ها مطرح می‌کند.»
یک سوال بزرگ این است که چه نوع شتاب‌دهنده کیهانی ممکن است چنین ذرات پرانرژی را تولید کرده باشد. شاید یک سیاهچاله فوق‌العاده عظیم باشد که با حرص و ولع گاز و گرد و غبار اطراف خود را می‌بلعد. یا شاید یک انفجار فاجعه‌بار از پرتوهای گاما، بالاترین شکل انرژی نور، که زمانی رخ می‌دهد که قلب یک ستاره روی خود فرو می‌ریزد.
چنین فرآیندهایی ذرات بارداری را ساطع می‌کنند که ممکن است به ماده مجاور برخورد کنند و انبوهی از نوترینوها را تولید کنند که در کیهان می‌دوند و گاهی اوقات وارد تلسکوپ‌ها در زمین می‌شوند. نظریه دیگری این است که آن ذرات باردار با نور به جا مانده از مهبانگ تعامل می‌کنند و نوترینوهای "کیهان‌زاد" را ایجاد می‌کنند که ممکن است اسراری در مورد تکامل جهان داشته باشند.
تیم KM3NeT تلاش خواهد کرد تا جهت نوترینو را با دقت بیشتری تعیین کند تا منشاء ذره را بهتر مشخص کند. و از آنجایی که تلسکوپ در سال 2028 به اتمام می‌رسد، دانشمندان امیدوارند که نوترینوهای بیشتری با قدرت قابل مقایسه خود را نشان دهند.
به گفته دکتر دی یونگ، این کشف بر اهمیت تلاش برای انواع جدیدی از تشخیص، مانند حسگرهای صوتی و رادیویی، که ممکن است برای گرفتن نوترینوها در انرژی‌های فوق‌العاده بالا بهتر باشند، تأکید کرد.
او گفت: «اکنون، ما می‌دانیم که این نوترینوها فقط پیش‌بینی نشده‌اند. آنها آنجا هستند. آنها واقعی هستند.»