وجدت الأبحاث التي أجريت في جامعة هوكايدو أن الجسيمات المراوغة التي تسمى النيوترينوات يمكن أن تتفاعل مع الفوتونات - الجسيمات الأولية للضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر - بطريقة لم يتم اكتشافها من قبل. نُشرت نتائج بحث البروفيسور الفخري بجامعة هوكايدو كينزو إيشيكاوا وزميله يوتاكا توبي، المحاضر في جامعة هوكايدو للعلوم والتكنولوجيا، في مجلة PhysicsOpen.
وقال إيشيكاوا: "النتائج التي توصلنا إليها مهمة لفهم التفاعلات الميكانيكية الكمومية لبعض الجسيمات الأساسية للمادة. وقد تساعد أيضًا في الكشف عن تفاصيل الظواهر غير المفهومة حاليًا في الشمس والنجوم الأخرى".
النيوترينوات هي واحدة من الجسيمات الأساسية الأكثر غموضا للمادة. نظرًا لأن النيوترينوات بالكاد تتفاعل مع الجسيمات الأخرى، فمن الصعب جدًا دراستها. فهي محايدة كهربائيًا وليس لها كتلة تقريبًا. ومع ذلك، فهي وفيرة، حيث تتدفق كميات هائلة من النيوترينوات من الشمس، عبر الأرض، وحتى من خلالنا، دون أي تأثير تقريبًا. إن تعلم المزيد عن النيوترينوات أمر مهم لاختبار وتحسين فهمنا الحالي لفيزياء الجسيمات، والمعروف باسم النموذج القياسي.
يوضح إيشيكاوا: «في ظل الظروف «الكلاسيكية» العادية، لا تتفاعل النيوترينوات مع الفوتونات». "ومع ذلك، فقد كشفنا كيف يمكن للنيوترينوات والفوتونات أن تتفاعل في مجالات مغناطيسية موحدة على نطاقات كبيرة للغاية - تصل إلى 103 كيلومترات - حيث تظهر هذه المجالات المغناطيسية. ويسمى شكل المادة حول النجم بالبلازما. البلازما عبارة عن غاز متأين، مما يعني أن جميع ذراته قد اكتسبت إلكترونات أكثر أو أقل، مما يجعلها أيونات سالبة أو موجبة الشحنة، بدلا من الذرات المحايدة التي قد تكون في ظل الظروف اليومية على الأرض."
ضعف تأثير هول الكهربائي وأثره
يتضمن التفاعل الذي يصفه الباحثون ظاهرة نظرية تسمى تأثير هول الكهربائي الضعيف. هذا هو التفاعل بين الكهرباء والمغناطيسية في الظروف القاسية، حيث تندمج القوتان الأساسيتان في الطبيعة - القوة الكهرومغناطيسية والقوة الضعيفة - لتكوين كهرباء ضعيفة. هذا مفهوم نظري من المتوقع أن ينطبق فقط في ظروف الطاقة العالية للغاية في الكون المبكر أو في الاصطدامات في مسرعات الجسيمات.
أسفر البحث عن وصف رياضي لهذا التفاعل غير المتوقع بين النيوترينو والفوتون، والمعروف باسم لاغرانجيان. فهو يصف جميع المعلومات المعروفة حول حالة الطاقة للنظام.
وقال إيشيكاوا: "بالإضافة إلى مساعدتنا في فهم الفيزياء الأساسية، قد تساعد دراستنا في تفسير سر التسخين الإكليلي". "هذا لغز طويل الأمد يتعلق بالآلية التي يصبح بها الغلاف الجوي الخارجي للشمس - الإكليل - أكثر سخونة من سطح الشمس. يُظهر عملنا أن التفاعلات بين النيوترينوات والفوتونات تطلق طاقة تعمل على تسخين الإكليل."
وفي ملاحظاته الختامية، أعرب إيشيكاوا عن رغبة فريقه: "نأمل الآن في مواصلة عملنا وإيجاد رؤى أعمق، خاصة فيما يتعلق بنقل الطاقة بين النيوترينوات والفوتونات في ظل هذه الظروف القاسية".