Matter Effect in Atmospheric Neutrino Oscillations and the Formation of Tektite

في أعماق المحيط، حيث يسود الظلام الهادئ الذي لا تصل إليه أشعة الشمس أبداً، يكمن لغز جيولوجي حيّر العلماء لعقود من الزمن. على سطح الأرض، توجد حقول متفرقة من الصخور الزجاجية الطبيعية المعروفة باسم "التكتيت" (tektites). لفترة طويلة، اعتقد المجتمع العلمي أن هذه الأحجار الزجاجية كانت نتيجة اصطدام كويكبات أو مذنبات ضخمة بكوكب الأرض. كانت النظرية تقضي بأن مثل هذا الاصطدام العنيف من شأنه أن يصهر قشرة الأرض، ويقذف الصخور المنصهرة إلى السماء، ثم يتركها تبرد بسرعة لتتحول إلى زجاج أثناء سقوطها عائدة إلى الأسند. ومع ذلك، كان لهذا التفسير دائماً ثغرات؛ فبعض أكبر حقول الزجاج لا يوجد لها فوهة مطابقة تثبت حدوث اصطدام. كما أن قطع الزجاج في حقل واحد غالباً ما تكون بنفس الحجم، بغض النظر عن مدى بعدها عن موقع الاصطدام المفترض، وهو ما يخالف قوانين الفيزياء المتعلقة بسقوط الحطام. علاوة على على ذلك، تُظهر بعض هذه الصخور الزجاجية اتجاهات مغناطيسية تشير إلى أنها تشكلت وهي مستقرة على الأرض، وليس أثناء طيرانها في الهواء.

تقترح دراسة جديدة أجراها غووين تشانغ، الباحث في شركة ووهان لعلوم وتكنولوجيا النيوترينو المحدودة، قصة أصل مختلفة تماماً. فبدلاً من الاصطدام العنيف القادم من الفضاء، تقترح الورقة البحثية أن هذه الزجاجات ولدت في أعماق المياه، بتحفيز من جزيئات غير مرئية من الغلاف الجوي. تعتمد النظرية على ظاهرة تتعلق بالنيوترينوات، وهي جسيمات ضئيلة شبحية تسقط باستمرار على الأرض من الشمس والنجوم البعيدة. عادة ما تمر هذه الجسيمات عبر كل شيء دون تفاعل، ولكن في ظروف محددة للغاية، يمكنها تغيير هويتها أثناء انتقالها عبر المادة. هذا التغيير، المعروف باسم "الرنين" (resonance)، يمكن أن يحدث عندما تمر النيوترينوات عبر طبقة سميكة من الماء. ويقترح الباحث أنه عندما يحدث هذا في أعماق المحيط، فإنه لا يغير النيوترينوات فحسب، بل يحفز أيضاً الذرات المشعة في رواسب قاع البحر، مما يؤدي إلى تحللها بشكل أسرع وإطلاق دفعة مفاجئة من الحرارة.

تجادل الورقة بأن هذه العملية تفسر السمات الغريبة للتكتيت التي لا يستطيع تفسير الاصطدام تفسيرها. والمفتاح في هذه النظرية هو العمق؛ إذ يحسب الباحث أنه لكي يحدث هذا الرنين الخاص، يجب أن يكون عمق المياه فوق قاع البحر 1500 متر على الأقل. في هذه المناطق العميقة، تكون كثافة المياه مثالية للسماح للنيوترينوات الجوية بتحفيز هذا التأثير. وبمجرد بدء الرنين في الماء، فإنه ينقل نوعاً من التأثير العطالي إلى الأسفل نحو الطبقات الطينية الناعمة من الرواسب. تحتوي هذه الطبقات على جيوب صغيرة من العناصر المشعة مثل البوتاسيوم واليورانيوم والثوريوم. وعندما يصطدم رنين النيوترينو بهذه الجيوب، فإنه يعمل مثل شرارة، مما يتسبب في تكسر الذرات المشعة بسرعة أكبر بكثير مما هي عليه في الحالة الطبيعية.

هذا التحلل السريع يولد كمية هائلة من الحرارة في مساحة صغيرة جداً. وهذه الحرارة كافية لصهر الرسوبيات المحيطة فوراً، محولة الطين والصخور إلى زجاج سائل. ولأن هذا يحدث في أعماق المياه، فإن الزجاج المنصهر يكون محاطاً بمياه باردة ورواسب، مما يؤدي إلى تبريده في غضض الثواني. هذا التبريد السريع هو بالضبط ما هو مطلوب لتحويل الصخر إلى زجاج، مما يحافظ على الحالة السائلة قبل أن تتشكل البلورات. وتفسر هذه الآلية سبب وجود التكتيت في رواسب أعماق البحار ولماذا تحتوي غالباً على طبقات تشبه الصخور الرسوبية الأصلية التي جاءت منها. كما تفسر لماذا تمتلك اتجاهات مغناطيسية تطابق الأرض التي تشكلت عليها، بدلاً من السماء.

كما تقدم الدراسة حلاً لـ "مفارقة العمر" التي أربكت الجيولوجيين؛ فعندما يؤرخ العلماء هذه الصخور الزجاجية باستخدام الطرق القياسية، غالباً ما يحصلون على أعمار أقدم بكثير من الطبقات الصخرية التي توجد فيها. وتقترح الورقة أن هذا يعود إلى أن عملية الصهر تدمر "الساعة" المستخدمة في التأريخ. فالتسخين السريع يتسبب في اختفاء الذرات الأم المشعة بسرعة، بينما تُحتجز النواتج الابنة، مثل غاز الأرغون، داخل الزجاج المبرد. وهذا يجعل الصخر يبدو أقدم بكثير مما هو عليه في الواقع. ويشير الباحث إلى أنه إذا كان حدث الصهر قد تم تحفيزه بواسطة تأثير النيوترينو هذا، فإن العمر الحقيقي للزجاج قد يكون شاباً جداً، رب perhaps بضعة آلاف من السنين فقط، حتى لو كانت طرق التأريخ تشير إلى ملايين السنين.

علاوة على ذلك، تعالج النظرية سبب عدم رؤيتنا للتكتيت من العصور القديمة جداً. فالعملية تتطلب رسوبيات غير متماسكة لتذوب بسرعة وتكون زجاجاً. وعلى مر ملايين السنين، يؤدي وزن قاع المحيط إلى ضغط هذه الرسوبيات وتحويلها إلى صخور صلبة. وإذا حدثت عملية صهر في صخر صلب، فلن تبرد الحرارة بسرعة كافية لصنع الزجاج، بل ستشكل بدلاً من ذلك بلورات أو صخوراً متحولة. وهذا يفسر لماذا يوجد التكتيت فقط في الطبقات الجيولوجية الأحدث حيث كانت الرسوبيات لا تزال ناعمة. كما يفسر هذا سبب عدم وجود فوهات اصطدام في أكبر حقول التكتيت، مثل ذلك الذي يغطي جزءاً كبيراً من منطقة أسترالاسيا؛ فهي لم تُصنع نتيجة اصطدام من الفضاء، بل بواسطة عملية بحرية عميقة حدثت على مساحة واسعة دون ترك ندبة على السطح.

تقر الورقة بأن هذا مقترح نظري يحتاج إلى مزيد من الإثبات. ففكرة أن النيوترينوات يمكن أن تحفز التحلل الإشعاعي بهذه الطريقة المحددة هي ادعاء جريء لم يتم تأكيده بعد من خلال تجربة مباشرة. ويذكر الباحث صراحة أن هذه الآلية تظل فرضية نظرية تتطلب تحققاً تجريبياً. ومع ذلك، يشير الباحث إلى أن الأدلة تتوافق جيداً مع النظرية؛ فعلى سبيل المثال، يتوافق توزيع التكتيت مع متطلبات العمق لرنين النيوترينو، كما أن التركيب الكيميائي للزجاج يظهر علامات على استنفاد العناصر المشعة، وهو بالضبط ما سيحدث إذا تحللت بسرعة. كما تتنبأ الدراسة بأن النظير الثقيل للبوتاسيوم، وهو عنصر مشع، يجب أن يكون مفقوداً في التكتيت مقارنة بالصخور العادية، وهو تفصيل يمكن للقياسات المستقبلية التحقق منه.

من خلال نقل التركيز من الاصطدامات العنيفة إلى التفاعل الدقيق بين الجسيمات غير المرئية وطين أعماق البحار، تفتح هذه الأبحاث نافذة جديدة على كيفية تشكل الزجاج الطبيعي. إنها تشير إلى أن حرارة الأرض الداخلية، التي تضاعفها التدفقات المستمرة من الجسيمات القادمة من الفضاء، يمكن أن تخلق الظروف اللازمة لتشكل الزجاج دون ضربة كويكب واحدة. وبينما تظل نظرية الاصطدام هي التفسير القياسي للعديد من الأحداث الجيولوجية، فإن هذا المنظور الجديد يقدم إجابة متماسكة للألغاز المحددة التي يطرحها التكتيت، مشيراً إلى أن الإجابة على أصلها لا تكمن في السماء، بل في المياه العميقة والمظلمة لقاع المحيط.