فيزيائي لورا ماريني هو منسق تشغيل ومدير موقع المرصد المبرد تحت الأرض للأحداث النادرة (CUORE). تم إجراء التجربة من خلال تعاون دولي ، وتقع هذه التجربة في أعماق جبل في منطقة أبروزو الإيطالية في مختبر غران ساسو الوطني التابع للمعهد الوطني للفيزياء النووية. حصلت ماريني على درجة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة جنوة في عام 2018 ، ثم حصلت على درجة الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. بدأت العمل في CUORE أثناء حصولها على الدكتوراه وهي اليوم منتسبة إلى معهد Gran Sasso للعلوم الإيطالي ومختبر Gran Sasso. تحدثت ماريني إلى ريتشارد بلوستاين حول دورها في CUORE والخطوة الأخيرة للتجربة في تحقيقها المستمر حول ما إذا كانت النيوترينوات هي جسيمات ماجورانا.
هل يمكنك وصف دورك المزدوج في CUORE؟
الآن ، أنا منسق تشغيل لهذه التجربة الحالية ومدير الموقع لـ CUORE. بصفتي منسق التشغيل ، أتأكد من استمرار تشغيل التجربة دون توقف. هذا مهم لأننا نبحث عن أحداث نادرة للغاية ، لذلك نريد أخذ البيانات لأطول فترة ممكنة دون توقف. أعمل على كل من الجزء المبرد من التجربة وجزء جمع البيانات. أعمل أيضًا على تقليل مستوى ضوضاء الخلفية في التجربة - وهو أمر مهم أيضًا عند البحث عن أحداث نادرة.
إن دور مدير الموقع الخاص بي أوسع قليلاً من دور منسق التشغيل. أتعامل مع الواجهة بين التجربة ومختبر Gran Sasso الوطني ، وأقوم بتنسيق الأنشطة في الموقع وتنظيم صيانة جميع الأنظمة والأنظمة الفرعية.
هل يمكنك وصف CUORE وما الذي تسعى إلى قياسه؟
يبحث CUORE عن الأحداث النادرة في الفيزياء وقد تم تصميمه خصيصًا للبحث عن تحلل بيتا المزدوج عديم النيوترونات. من المتوقع أن تحدث هذه العملية إذا كانت النيوترينوات هي جسيماتها المضادة - أي إذا كانت جسيمات ماجورانا. الإجابة على هذا السؤال مهمة لأنه إذا ثبت أن النيوترينوات هي جسيمات ماجورانا ، فسيتم حل لغز سبب صغر حجم كتل النيوترينو في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات.
نحن نبحث عن اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترونات في نظير التيلوريوم -130 لأنه من المعروف أنه يخضع لتحلل بيتا المزدوج العادي وله وفرة طبيعية عالية. يحتوي CUORE على 184 بلورة من ثاني أكسيد التيلوريوم يتم الاحتفاظ بها بالقرب من 10 مللي كلفن داخل ناظم كريوستات كبير. لا يستخدم جهاز التبريد الهيليوم السائل ولكنه يحتوي على خمسة مبردات تبريد أنبوبية نبضية.
يجب أن تبقى التجربة في درجة حرارة منخفضة للغاية لأننا نبحث عن تحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو من خلال اكتشاف الزيادة الطفيفة في درجة الحرارة داخل البلورة التي تحدث بسبب الاضمحلال. قبل CUORE ، كان يمكن تبريد حجم وكتلة تجريبية صغيرة فقط ولكننا زدنا هذا بشكل كبير عن طريق تبريد ما يصل إلى 1.5 طن من المواد عند درجة الحرارة الأساسية. ميزة أخرى لـ CUORE هي أن التجربة تتمتع بدقة طاقة جيدة جدًا وتعمل على نطاق واسع جدًا من الطاقة - مما يساعدها في تحديد أحداث الانحلال.
ما هي أهمية الإنجاز الأخير لشركة CUORE في الحصول على "طن - سنة" من البيانات؟
يشير Tonne-year إلى كتلة أكسيد التيلوريوم التي تتم مراقبتها مضروبة في طول الفترة الزمنية التي جمعت فيها التجربة البيانات. تبلغ الكتلة 741 كجم وتم الحصول على البيانات في عمليات التشغيل التي تم إجراؤها بين عامي 2017 و 2020. لم يتم استخدام كل شوط باستخدام الكتلة بأكملها ، ولكن تم جمع البيانات معًا بقيمة طن واحد سنويًا
هناك جانبان مهمان لهذا. أولاً ، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تبريد مثل هذه الكتلة الكبيرة في ناظم البرد. ثانيًا ، نظرًا لأننا كنا قادرين على إجراء التجربة لفترة طويلة ، فقد أظهرنا أن المسعرات المبردة طريقة قابلة للتطبيق للبحث عن تحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينات.
ماذا أخبرتك أنت وزملاؤك في هذا العام من البيانات؟
لكي نكون واضحين ، لم نعثر على جسيمات ماجورانا. بدلاً من ذلك ، تمكنا من وضع حد أدنى لنصف عمر تحلل بيتا المزدوج عديم النيوترونات. نحن نعلم الآن أن نصف العمر أكبر من 2.2 × 1025 سنوات. يمكننا أن نستنتج هذا لأنه إذا كان نصف العمر أقصر ، كنا نتوقع رؤية حدث واحد على الأقل أو أكثر في CUORE.
هل يمكن استخدام CUORE لاستكشاف مجالات الفيزياء الأخرى؟
نعم. تم تصميم CUORE للبحث عن الأحداث النادرة وبالتالي لديها القدرة على البحث عن المادة المظلمة. من المتوقع أن تتفاعل جسيمات المادة المظلمة مع مواد كاشف CUORE في حالات نادرة جدًا ، وقد ينطوي ذلك على إطلاق كميات صغيرة جدًا من الطاقة. لذا ، فإن البحث عن المادة المظلمة سيستفيد من الكتلة الكبيرة للتجربة ووقت المدى الطويل. قد يتضمن البحث عن المادة المظلمة استكشاف منطقة طاقة أخرى في الكاشف وهناك مجموعات من الفيزيائيين ضمن تعاون CUORE تبحث في هذا الاحتمال.
هل معلم CUORE المبرد له بعض التأثير على الحوسبة الكمومية؟
أنا لست خبيرًا في الحوسبة الكمومية ، ولكن بشكل عام ، تتطلب أجهزة الحالة الصلبة التي تعالج المعلومات الكمية أوقاتًا طويلة من التماسك الكمي. نحن نعلم أن الحرارة والإشعاع الكوني يقللان من أوقات التماسك الكمي. يوفر إجراء التجارب تحت الأرض باستخدام علم التبريد المتقدم الحماية من هذه الآثار السلبية. بينما لا يمكن استخدام بلورات ثاني أكسيد التيلوريوم من CUORE للحوسبة الكمومية ، فإن حقيقة أننا حققنا مثل هذا التشغيل التجريبي الطويل تحت الأرض باستخدام جهاز تجميد كبير جدًا ومواد نظيفة يمكن أن تكون مفيدة جدًا لتطوير تقنيات الكم.
ما الذي سيجلبه المستقبل لتعاون CUORE؟
سيستمر تشغيل CUORE حتى عام 2024 ونحن نعمل بالفعل على ترقية CUORE مع تحديد الجسيمات - أو CUPID. سنستبدل بلورات ثاني أكسيد التيلوريوم الحالية من CUORE ببلورات الليثيوم موليبدات. عندما تتفاعل الجسيمات المنتجة في اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترونات مع موليبدات الليثيوم ، فإنها تنتج كلاً من الحرارة والضوء. سيتم الكشف عن هذا الضوء جنبًا إلى جنب مع الحرارة ، وستسمح لنا نسبة الحرارة إلى الضوء برفض أحداث الخلفية التي تتضمن جسيمات لم يتم إنتاجها عن طريق اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترونات. كما سيتم تحديث البنية المبردة للتجربة.
