سریع ترین شی روی زمین چیست؟

یک فضاپیمای در حال پرتاب؟! یک ماشین مسابقه‌ای که به دور یک مسیر می‌چرخد؟! یا یک یوزپلنگ که به سمت طعمه‌اش حرکت می‌کند؟! سیاره مادری ما پر است از شاهکارهای پرسرعت! اما سریع ترین شی روی زمین چیست؟ پاسخ به این بستگی دارد که شما “شی” و “روی زمین” را چگونه تعریف کنید. نامزدهای برتر این عنوان، قطعاً نوترینوها و فوتون‌ها هستند که البته با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند!

به نظر می‌رسد واضح ترین پاسخ برای این سوال “نور” باشد. نور در خلاء تقریباً 300000 کیلومتر در ثانیه را طی می‌کند. هیچ چیز در جهانی که ما می‌شناسیم نمی‌تواند از این سرعت فراتر رود.

اما آیا نور یک “شی” است؟ فیزیکدانان در این مورد کاملاً هم‌نظر نیستند. برخی می‌گویند نه، زیرا نور جرم ندارد! برخی دیگر می‌گویند بله، به دلیل ویژگی‌های مکانیک کوانتومی، نور به‌طور همزمان یک موج و یک ذره است و اکثر فیزیکدانان موافق هستند که ذرات “شی” هستند.

به گفته جان متیوس، فیزیکدان دانشگاه یوتا، “در خلاء فضا، آن ذرات که فوتون نامیده می‌شوند، سریع‌ترین اشیا هستند”

اما در پایین و روی زمین، اوضاع کمی پیچیده‌تر می‌شود، مگر اینکه در یک محفظه خلاء باشید. هنگامی که یک فوتون به جو زمین برخورد می‌کند، سرعت آن کمی کاهش می‌یابد و سپس، تحت شرایط مناسب، می‌تواند با دیگر اشیا رقابت کند. متیوس می‌گوید “این رقابت به این دلیل وجود دارد که همه ذرات توسط جو مانند فوتون‌ها کند نمی‌شوند!”

جان متیوس بخشی از تیمی است که چندین ذره بسیار سریع که از پرتوهای کیهانی پرانرژی سرچشمه می‌گیرند (بارانی از ذرات زیراتمی که از فضا بر روی زمین می‌بارد) را شناسایی کرده است. یکی از این ذرات که ذره OMG نامیده می‌شود، توسط همکاران او در سال 1991، از پرتوهای کیهانی پر انرژی که هنوز کشف نشده است، شناسایی شد!

متیوس می‌گوید:

ذراتی مانند اینها بسیار نزدیک به سرعت نور در خلاء شروع به حرکت می‌کنند. اما زمانی که آنها به جو زمین برخورد کنند، “طبق ماهیت خود، به پیشروی خود ادامه می‌دهند. بنابراین آنها از سرعت نور در جو نیز فراتر می‌روند!

این فرآیند، ذرات OMG را در زمره سریعترین ذرات با جرم روی زمین قرار می‌دهد، اما آنها در بالای این لیست نیستند. به گفته جاستین وندنبروک، فیزیکدان ذرات در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، “نوترینو” برنده این رقابت است.

ذره OMG در مقیاس ذرات زیراتمی نسبتاً عظیم، احتمالاً به اندازه یک پروتون یا حداقل پروتون‌مانند است. جرم یک نوترینو حداقل 10 میلیارد بار کوچکتر از یک پروتون است، بنابراین به لطف قوانین اساسی فیزیک، اگر به همان مقدار انرژی داده شود، می‌تواند حتی سریعتر نیز حرکت کند!

اما در حالیکه نوترینوها، در تئوری، می‌توانند بسیار سریع حرکت کنند، شناسایی آنها در عمل بسیار دشوار است. وندنبروک می‌گوید “نوترینوها بسیار خجالتی هستند.”

در یک آزمایش طولانی مدت در قطب جنوب که IceCube نام دارد، فیزیکدانان آشکارسازهایی را در داخل یک تکه یخ 1 کیلومتر مکعبی قرار دادند، به این امید که نوترینوهای پر انرژی را پیدا کنند. در داخل یخ، یک نوترینو با انرژی کافی می‌تواند سریعتر از نور حرکت کند. هنگامی که آن نوترینوی پرانرژی با هسته یک اتم در یخ برخورد می‌کند، می‌تواند ذرات باردار زیر اتمی تولید کند که سریعتر از نور حرکت می‌کنند. این ذرات سریع، فلاش نوری به نام تابش چرنکوف ساطع (Cherenkov radiation) می‌کنند که نوترینو را به‌طور غیرمستقیم قابل تشخیص می‌کند.

در سال 2016، دانشمندان IceCube نوترینویی با بالاترین انرژی را شناسایی کردند که تاکنون به دقت مورد ارزیابی قرار گرفته است.

بیل لوئیس، فیزیکدان آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در این باره گفت:

تا آنجایی که ما می‌دانیم، این ذرات سریع‌ترین ذرات هستند که تاکنون دیده شده‌اند. هیچ ذره‌ی با جرمی نمی‌تواند به سرعت خلاء نور برسد، اما اگر بسیار سبک باشد و انرژی زیادی داشته باشد، می‌تواند بسیار نزدیک شود!

چقدر نزدیک؟! برای ثابت نگه داشتن سرعت، واندنبروک دوست دارد به عدد 9 فکر کند! چیزی که با سرعت 99.99 درصد نور حرکت می‌کند، چهار عدد 9 دارد. واندنبروک گفت:

نوترینوی فوق‌سریعی که در سال 2016 کشف شد، 33 عدد 9 خواهد داشت (یعنی 99 ممیز 31 عدد 9) و ذره OMG بر اساس محاسبات او بین 20 تا 24 عدد 9 خواهد داشت. این ذره انرژی بیشتری داشت، اما جرم آن نیز بسیار بیشتر بود.

برای مقایسه، سریع‌ترین سرعت‌هایی که ذرات در شتاب‌دهنده‌های ذرات ساخت بشر مانند برخورددهنده بزرگ هادرون سرن (CERN) به دست می‌آورند، تنها 7 عدد 9 (یعنی 99 ممیز 5 عدد 9) دارد.

در همین حال، واندنبروک گفت:

این ذرات فوق سریع رکورددار، “توسط شتاب‌دهنده‌های ذرات طبیعی در کیهان تولید می‌شوند.” ما نمی‌دانیم آنها چگونه کار می‌کنند، اما واقعاً به شما می‌گوید که طبیعت در مقایسه با انسان چقدر شگفت‌انگیز است.

منبع: Livescience