بعد أن ساعده اجتهاده في دراسة مستقلة على اجتياز AP Calculus مبكرًا، انطلق جونيور بينيا في رحلة علمية قادته إلى جامعة جنوب كاليفورنيا ثم إلى برنامج الأبحاث الصيفية في MIT عام 2019، وأخيرًا إلى الدراسات العليا في MIT حيث يركز على أحد أكثر الجسيمات مراوغة في الكون: النيوترينو.
النيوترينوات هي جسيمات غير مشحونة تمر عبر المادة دون أن تتأثر بها، حتى أن إيقافها يتطلب جدارًا من الرصاص بسماكة خمسة سنوات ضوئية.
اللغز الفيزيائي: هل للنيوترينو كتلة؟
-
اقترح وجود النيوترينو لأول مرة الفيزيائي فولفغانغ باولي في ثلاثينيات القرن الماضي لتفسير الطاقة المفقودة في تحلل بيتا.
-
وفقًا للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، لا ينبغي أن تكون للنيوترينوات كتلة لأنها لا تتفاعل مع مجال هيغز.
-
لكن بحلول أوائل الألفية، اكتشف الباحثون أن النيوترينوات تتذبذب بين ثلاثة أنواع، وهو أمر ممكن فقط إذا كانت لها كتلة.
اليوم، السؤال المحوري هو: ما هي كتلة النيوترينو بالضبط؟
مشروع Project 8 وتقنية CRES
بينيا يعمل ضمن مختبر جوزيف فورماجيو في MIT، وهو جزء من مشروع Project 8، الذي يضم 71 عالمًا من 17 مؤسسة دولية.
-
الهدف: قياس كتلة النيوترينو بدقة باستخدام تريتيوم، نظير غير مستقر للهيدروجين.
-
عند تحلل التريتيوم، يُنتج إلكترونًا ونيوترينو مضادًا. بقياس طاقة الإلكترونات بدقة، يمكن معرفة الطاقة “المفقودة” واستنتاج كتلة النيوترينو.
التجربة تعتمد على تقنية مطيافية انبعاث إشعاع السيكلوترون (CRES)، التي تقيس الموجات الراديوية الضعيفة الصادرة من الإلكترونات أثناء دورانها في مجال مغناطيسي.
ابتكار بينيا: تجويف نحاسي يشبه الجيتار
ساهم بينيا بتصميم تجويف نحاسي ميكروويفي أشبه بآلة الجيتار، حيث تعمل الإلكترونات المنبعثة كالأوتار المهتزة:
-
يعمل التجويف على تضخيم إشارات الإلكترونات لتسهيل قياسها بدقة.
-
استغرق تطوير النموذج الأولي أكثر من عام من العمل والتجارب بالتعاون مع فيزيائيين وفنيي تصنيع.
-
التحدي الأكبر: التوفيق بين استخراج الإشارات والحفاظ على خصائص الحقول الكهرومغناطيسية داخل التجويف، مع إمكانية معايرته عبر مدفع إلكتروني.
في مايو 2025، أرسل بينيا نموذجه النهائي إلى جامعة واشنطن حيث تم تركيبه في يوليو، ومن المقرر بدء المعايرة في الخريف.
المستقبل: نحو حل أحد أكبر ألغاز الفيزياء
عندما يتم توسيع الجهاز وتجهيز التجربة بالكامل، يأمل الباحثون في جمع بيانات دقيقة خلال سنوات قليلة. تحديد كتلة النيوترينو قد يجيب عن أسئلة كبرى مثل:
-
لماذا انتصرت المادة على المادة المضادة بعد الانفجار العظيم؟
-
ما دور النيوترينوات في المادة المظلمة والطاقة المظلمة؟
-
كيف يمكن تحسين نماذج تطور الكون؟
