الحواسيب

جسيمات الجيو-نيوترينو ترسم خريطة جديدة لقلب الأرض

تستغل شبكة عالمية من الكواشف الجسيمات النادرة لرسم خريطة كيميائية دقيقة لقلب الأرض، مما يكشف عن تباينات مدهشة في النشاط الإشعاعي الداخلي.

رضوان عبدالهاديمحرر وكاتب تقني

نُشر: 4 أكتوبر 2026 · آخر تحديث: 4 أكتوبر 2026 · 5 دقائق قراءة

جسيمات الجيو-نيوترينو ترسم خريطة جديدة لقلب الأرض — الصورة: WIRED

الخلاصة

كاشف SNO+ في كندا يرصد أول جيو-نيوترينو في نصف الكرة الغربي، مما يوفر منظوراً جديداً على النشاط الإشعاعي الداخلي.
القياسات الجديدة تشير إلى احتمالية عدم تجانس توزيع العناصر المشعة في الوشاح الأرضي، متجاوزةً الافتراضات الكلاسيكية.
تتركز كثافة الجيو-نيوترينو فوق مناطق ساخنة وكثيفة معروفة باسم LLSVPs، مما قد يفسر هياكل عميقة غير مفهومة سابقاً.
تواجه القياسات تحديات منهجية تتطلب استبعاد إشارات من القشرة الأرضية والمفاعلات النووية لضمان دقة البيانات.

داخل أعماق الأرض: كاشف SNO+

في مختبر يقع على عمق كيلومترين تحت الأرض، تنخفض رافعة لتوصيل مهندس الكواشف مات دي باتي إلى كهف أبيض الجدران يحتوي على 7000 طن من الماء فائق النقاء. هذا المشهد المضيء هو جزء من تجربة SNO+، وهي تجربة نيوترينو مدفونة بعمق في منجم كريغتون ضمن مختبر Snolab الفيزيائي تحت الأرض في سادبوري، كندا. يتكون الكاشف من كرة أكريليك مبطنة بنحو 10,000 كاشف ضوئي حساس، ومملوءة بـ 780 طناً من سائل شبيه بالزيت يطلق ومضات عند تعرضه للجسيمات عالية الطاقة. ويمكن الرجوع إلى WIRED للاطلاع على التفاصيل الأصلية للمصدر.

يوفر الماء المحيط بالجهاز والصخر الموجود فوقه درعاً يحمي الكاشف من وهج الإشعاع الكوني، مما يسمح بظهور ومضات التفاعلات الجسيمية الأقل شيوعاً. تتطلب هذه العملية الحفاظ على ظلام مطلق، حيث يجب على الباحثين تغيير ملابسهم والاستحمام قبل الدخول للتخلص من غبار الرادون المشع، لضمان عدم تلوث البيانات العلمية.

طبيعة الجيو-نيوترينو ودورها

النيوترينوات هي أكثر الجسيمات ذات الكتلة وفرة في الكون، لكن كتلتها ضئيلة جداً ولا تحمل شحنة كهرومغناطيسية، مما يجعل تفاعلها مع المادة نادر الحدوث. على الرغم من مرور تريليونات منها عبر أجسادنا كل ثانية، إلا أن الباحثين التقطوا فقط بضع مئات الآلاف من ومضاتها الثمينة بعد سنوات من البحث. أما الجيو-نيوترينو فهي أكثر ندرة، حيث تم رصد بضع مئات منها فقط منذ عقود من البحث.

تنتج الجيو-نيوترينو عن عمليات تسخين باطن الأرض، وهي الحرارة التي تدفع تدفق الصخور في الوشاح وتشكل كل شيء من الصفائح التكتونية إلى المجال المغناطيسي للأرض. تأتي هذه الحرارة من مصدرين: الحرارة المتبقية من تكوين الكوكب، والحرارة الناتجة عن تحلل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم في صخور الوشاح والقشرة. بدون هذا المصدر الثاني، لبردت الأرض منذ زمن طويل وأصبحت كوكباً ميتاً تكتونياً.

أول رصد في نصف الكرة الغربي

كان أول رصد للجيو-نيوترينو بواسطة جهاز كاملاند في اليابان عام 2005، تلى ذلك رصد كاشف بوريكسينو في إيطاليا لعشرات منها عام 2009. وفي نوفمبر 2025، أبلغت تجربة SNO+ عن أول رصد لها، مما زاد عدد الجيو-نيوترينو المرصودة بمقدار 50 تقريباً. ما يميز رصدات SNO+ هو موقعها، فهي أول جيو-نيوترينو يتم قياسها في نصف الكرة الغربي، مما يوفر منظوراً جديداً على الداخل الإشعاعي للأرض.

يقول ريان بايس، فيزيائي الفلكية الجسيمية في جامعة كوينز في أونتاريو الذي يعمل على SNO+: "إنها الشيء الوحيد الذي نفعله والذي يركز على الأرض. كل ما نفعله يركز أكثر على ما نستقبله من أماكن أخرى في الكون". هذا التحول في التركيز يفتح آفاقاً جديدة لفهم العمليات الداخلية للكوكب بدلاً من الاكتفاء بدراسة الفضاء الخارجي.

دلائل على عدم تجانس الوشاح

تبقى هناك شكوك كبيرة في تفسير النتائج، لكن أفضل تقديرات الباحثين تشير إلى أن كل موقع يقيس تدفقاً مختلفاً. يقول مارك تشين، فيزيائي الفلكية الجسيمية في جامعة كوينز ومدير تعاونية SNO+: "قد يكون هذا أول تلميح على أن الوشاح ليس متجانساً". افتراض الكيمياء الجيولوجية تقليدياً أن العناصر المشعة موزعة بالتساوي في الوشاح لأن الصخور المتدفقة يجب أن تخلط كل شيء معاً، لكن قياسات الجيو-نيوترينو في مواقع مختلفة قد تشير إلى عكس ذلك.

تقع المناطق التي يبدو أنها تنتج أكبر عدد من الجيو-نيوترينو فوق كتل قارية الحجم من المادة الساخنة والكثيفة بشكل غير طبيعي، تُعرف بمحافظات سرعة القص المنخفضة الكبيرة (LLSVPs)، والتي رسمها الزلازل على جانبي النواة. واحدة تحت أفريقيا والأخرى تحت المحيط الهادئ. يقول تشين: "قد تكون هناك هياكل عميقة في الوشاح غير مفهومة. قد يكون [أنها] تركز بعض أنواع العناصر".

تحديات القياس والدقة

السؤال المطروح هو ما إذا كانت قياسات الجيو-نيوترينو تكشف عن اختلافات بين مناطق الوشاح تحت كل تجربة، أم أن الخلل ينبع من طريقة عدّ الجسيمات في التجارب المختلفة. يقول الباحثون إن هناك الكثير من عدم اليقين لدرجة أنه من المستحيل الجزم. يقول ويليام ماكدونو، الكيميائي الجيولوجي في الأكاديمية الصينية للعلوم: "إذا أخذنا الأمر على محمل الجد، يمكننا القول ربما يحتوي نصف الكرة الغربي على مادة مشعة أكثر بكثير من نصف الكرة الشرقي".

تتعلق عدم اليقينات المرتبطة بنتائج كل كاشف بعملية الفرز التي يمر بها الفيزيائيون لتحديد الجيو-نيوترينو. يقول بايس: "إنها لا تظهر وتقول: مرحباً، أنا جيو-نيوترينو". يجب على العلماء استبعاد الإشارات من الجسيمات ذات الطاقة الزائدة، والجسيمات ذات القياس الخاطئ لخاصية تسمى الحلزونية، والجسيمات المتوقعة من المفاعلات النووية. كما يجب استبعاد الجيو-نيوترينو القادمة من قشرة الأرض، حيث يأتي أكبر مساهمة من المنطقة الواقعة على بعد بضعة مئات من الكيلومترات من الكاشف.