ما هي تجربة تجربة هومستاك وما هي نتائجها

  تجربة هومستاك أو تجربة ديفيز في الفيزياء
(Homestake experiment / Davis experiment)

 في أواخر الستينيات من القرن الماضي قام بهذه التجربة العلمية كلا من رايموند ديفيز يونيور وجون باهكال. وكان الهدف من هذه التجربة قياس النيوترينات الناتجة من الاندماج النووي الذي يجري في الشمس.

كانت تلك التجربة هي التجربة الأولى لعدّ النيوترينات القادمة من الشمس حيث قام ديفيز بتصميم التجربة وقام باهكال بإجراء الحسابات النظرية.

حَسَب باهكال نظريا معدل إصابة النيوترونات للعداد،  وكانت نتيجة ديفيز بنحو ثلث العدد المحسوب نظريا.

وتمتّ هذه التجربة كما يلي:

·       تحت الأرض بحوالي 1500 متر بني مكشاف النيوترينوات، ويتكون من 615 طن من سائل يتميز بتفاعل الامتصاص للنيوترينوات هو سائل " تيتراكلورإثيلين " :

νe + 37Cl → 37Ar + e-

ومما تجدر الإشارة إليه أن طاقة بدء التفاعل كانت منخفضة ، وأن التفاعل نفسه لا يمكن الكشف عنه مباشرة.


·       نتجت ذرات الآرجون أثناء التفاعل وهي مشعة ، وتتحلل نصف كمية الأرجون المشع خلال 35 يوم؛ لتنتج عند تحللها ذرات كلور مثارة.


·       كان الخزان يُشطَف بواسطة غاز الهيليوم كل عدة أسابيع ؛ لفصل ذرات الآرجون وتجمعيها، وبالتالي يجري عدّ منتجات التحلل.


·       تم تنقية غاز الآرجون الذي تم تجمعيعه على عدة مراحل، وأُدخل في عداد تناسبي.


·       تم قياس تحلله لمدة 250 إلى 400 يوم. ونظرا للانخفاض الشديد لمعدل القياس الذي يبلغ تحلل ذرة واحدة في الأسبوع، فقد اتخذت احتياطات كبيرة من أجل خفض إشعاعات الخلفية في المعمل، فكانت العدادات محاطة جيدا بحوائل لحجب الإشعاع الخارجي، كما أجريت القياسات باستخدام عداد خارجي يعمل بطريقة مضاد التزامن.


·       عن طريق تحليل شكل نبضات العداد التناسبي تم التعرف على تحلل ذرات الآرجون ذات الطاقة المنخفضة.


·       تم مراعاة التفاعلات النووية التي لا تنتمي إلى التفاعل الخاص بامتصاص النيوترينو خلال إجراء التجربة. وكان من ضمن العمليات المؤثرة على العد ما يلي:
- نيوترونات ناشئة من الصخور المحيطة في المنجم
- ميونات الأشعة الكونية العالية الطاقة
- أشعة ألفا الناتجة من مواد بناء نظام الخزان
- رادون مشع من جو المنجم المحيط
- تريتيوم وشوائب أخرى عالقة في سائل تيتراكلورإيثيلين


·       وضع الخزان في حوض كبير مملوء بالماء ؛ للوقاية من إشعاع النيوترونات.


وأجريت قياسات لتعيين معدل إشعاع الميونات على أعماق مختلفة في المنجم بواسطة إنتاج أرجون-37 في خزانات يحتوي كل منها على 1 طن من محلول البوتاسيوم-39.


وكان معدل قياس الأشعة الكونية 0,047 (أي الشوشرة) لكل ذرة أرجون في اليوم.


ومما أعتقد أنك تود معرفته أنه في التجارب العلمية تزداد دقة القياس كلما انخفضت مؤثرات الشوشرة الخلفية، ويجري البحث العلمي بقياس دقيق لكليهما، وفي هذه التجربة كان معدل الشوشرة أقل من 5%، وهذه شوشرة منخفضة.


أما الأهم وهو نتائج هذه التجربة فقد كانت :
·       كان معدل الامتصاص المقاس 5و0 نيورينو في اليوم وهو يبلغ نحو ثلث المعدل المحسوب نظريا (وقد أشرنا إلى ذلك في البداية) على أساس النموذج الأساسي للتفاعلات في النجوم وبالتالي تفاعلات الشمس وكذلك النموذج الأساسي الخاص بفيزياء الجسيمات الأولية.


·       نشأت المشكلة المسماة مشكلة نيوترينو الشمس والتي تفسّر حاليا بتذبذب النيوترينو. ظلت هذه المشكلة تشغل الفيزيائيين في جميع أنحاء العالم من أواسط الستينيات من القرن الماضي حتى عام 2002. وهي مشكلة عدم توافق بين قياس معدل النيوترينوات القادمة من الشمس إلى الأرض ومعدل حساب نشأتها في باطن الشمس.


·       في عام 2002 حاز ريموند ديفيس على جائزة نوبل للفيزياء عن مجهوداته في أداء تجربة هومستاك. 


المراجع : 
 

تجربة هومستاك - ويكيبيديا (wikipedia.org) 

تجربة هومستاك - يونيونبيديا، الشبكة الدلالية (unionpedia.org)