Ponekad se u astronomiji posebno dobro uklapa akronim za projekt. To bi apsolutno bio slučaj s Giant Radio Array za detekciju neutrina, koji se nada da će se povećati na veličinu od 200.000 četvornih km u nastojanju da izmjeri ultravisoke energetske tau-neutrine. Je li to ambiciozno? Da, ali to zapravo ne sprječava čovječanstvo da istražuje kada to želi.
Projekt je zamisao GRAND Collaboration, čiji je domaćin CNRS, Francesov centar za znanstvena istraživanja. Suradnja je već imala nekoliko radionica i razvila je plan za postizanje njihovog uistinu ambicioznog razmjera. Da biste razumjeli plan puta, prvo je korisno razumjeti što projekt traži.
GRAND će tražiti ono što je poznato kao neutrina ultra visoke energije. Ovi neutrini igraju veliku ulogu u Standardnom modelu fizike čestica, ali su do sada izbjegavali detekciju na energetskim razinama na kojima se prvenstveno predviđaju. Mogu doći iz dva izvora. Prvi je izravno iz kozmičkih zraka ultra-visoke energije (UHE), dok je drugi kada UHE kozmičke zrake stupaju u interakciju sa kozmičkom mikrovalnom pozadinom koja prožima svemir.
Video koji opisuje neke od kozmičkih zraka najveće energije koje su ikada otkrivene, a koje bi mogle biti izvor neutrina koje će GRAND tražiti.
Zasluge: Otkriveni Youtube kanal
Specifična vrsta neutrina koju GRAND traži zove se tau-neutrino. Oni nisu izravni rezultat gore opisanih događaja formiranja neutrina, ali su naknadni oblik neutrina mionskog i elektronskog tipa koji ti događaji stvaraju. Kao takve, neke od tih čestica bi 'oscilirale' u tau-neutrine.
Razlog zašto su tau-neutrini interesantni je taj što imaju 'pravo pravu' šansu da budu otkriveni. U biti bi se znanstvenici projekta oslanjali na relativno veliku vjerojatnost da UHE neutrini komuniciraju s običnom materijom. Od tri vrste neutrina UHE koje kozmičke zrake stvaraju, elektron jednostavno zaglavi u bilo kojoj običnoj materiji s kojom stupi u interakciju, dok mion nastavlja putovati kroz običnu materiju čak i ako je u interakciji s njom. “Slatka točka” detekcije je tau-neutrino, koji je u interakciji s običnom materijom i raspada se unutar oko 50 km od mjesta gdje stupa u interakciju s običnom materijom.
Video koji opisuje kako vrste neutrina osciliraju jedni među drugima.
Zasluge: MinutePhysics Youtube kanal
Teleskop GRAND može uhvatiti to raspadanje, i bit će posebno postavljen za to. Izraz za raspad takvog tau-neutrina naziva se 'zračna pljuska', gdje se tada tau-neutrino može detektirati. Ali prvo, mora stupiti u interakciju s nekim oblikom normalne materije, a kakvu bolju masu ili normalnu materiju imamo od same Zemlje.
Ideja korištenja Zemlje za stvaranje 'zračnog pljuska' tau-neutrina nije nova, ali postavljanje brojnih nizova na planinskom terenu kako bi se dosljedno otkrilo da je propadanje osnova onoga što GRAND Collaboration pokušava učiniti sa svojim teleskopom . Oni pokušavaju uhvatiti raspad tau-neutrina koji su sletjeli nekoliko kilometara od Zemljine kore i slučajno se raspadaju u atmosferi, a ne duboko pod zemljom.
Grafika iz papira koji opisuje GRAND koji prikazuje različite vrste neutrina i kako će se 'zračni tuš' koristiti za njihovo otkrivanje.
Zasluge: Sijbrand de Jong / GRAND Collaboration
Za izvođenje ove detekcije, niz će koristiti mnogo posebno dizajnirane opreme. Konkretno, bilo bi 200.000 komada posebno dizajnirane opreme za završeni niz.
To ne znači da projekt namjerava pokriti područje od 200.000 četvornih kilometara (tri puta veće od Češke, gdje su nedavno održali virtualni sastanak) u otkrivanju opreme. Jednostavno bi im trebala jedna stanica za otkrivanje po kvadratnom kilometru.
Slika prototipa sakupljača podataka i primopredajnika za GRAND sustav
Zasluge: Sijbrand de Jong / GRAND Collaboration
Svaka stanica za detekciju sastoji se od posebno dizajnirane antene, pojačala i nekog povezanog hardvera za prikupljanje podataka. Projektni je tim razvio rani prototip, ali ističu da je pred njima dug put u smislu troškova i otpornosti prije nego njihov prototip bude spreman za potpunu implementaciju na 200.000 lokacija.
Tu dolazi do plana na kojem je suradnja radila. Tim je već dobio oko 160 tisuća eura i dovršio set od 35 povezanih prototipova. U 2020. započeli su program prototipa pod nazivom GRANDProto300 s 1,6 eura financiranja za pokrivanje područja od 300 četvornih kilometara u kompletu prototipa. U sljedećih 5-10 godina nadaju se da će cijenu kompletne antene i sustava za prikupljanje podataka smanjiti na oko 500 dolara. Ta bi cijena omogućila potpunu provedbu cijelog projekta, s 20 žarišnih točaka svaka s po jednom antenom za svakih 10.000 km, uz ukupnu cijenu od 200 milijuna eura.
Grand Roadmap s detaljima planova za projekt za sljedećih 10+ godina.
Zasluge: Sijbrand de Jong / GRAND Collaboration
Projekt GRAND je svakako ambiciozan, ali bi mogao odgovoriti na neka vrlo zanimljiva pitanja o standardnom modelu. Tim čak ističe da, ako ne otkriju bilo koji od ovih raspadajućih tau-neutrina, to je samo po sebi revolucionarno otkriće za Standardni model i potaknulo bi ponovno razmišljanje o tome kako ti neutrini rade.
Što je još zanimljivije, ako ste zainteresirani za pomicanje granica eksperimentalne fizike čestica, tim traži nove suradnike i dobrodošla bi im dodatna pomoć dok dosegnu svoj odvažni cilj. Ako ništa drugo, svi novi suradnici mogu biti sigurni da će raditi s timom koji zna brendirati astronomske projekte.
Saznajte više:
arXiv: Divovski radio niz za detekciju neutrina (GRAND)
CNRS: Sjajna suradnja
VAN: Neutrini su otkriveni s tako velikom energijom da ih standardni model ne može objasniti