Горите срещу неутриното: как обикновените дървета ще се превърнат в детектори на свръхмощни космически частици

По какъв начин природата се превръща в изследователска лаборатория.

Неутриното преминава през човешкото тяло всяка една секунда, но вероятността то да взаимодейства с атомите е изключително малка поради слабото ядрено взаимодействие, което управлява взаимодействието на неутриното. За надеждното регистриране на тези частици при експериментите са необходими огромни количества материя. Така например за регистриране на неутрино, сблъскващо се с атомите в атмосферата, се използват 1 000 тона тежка вода, камери с един кубичен километър антарктически лед и планове за инсталиране на 200 000 антени.

Едно скорошно предложение на физика от Канзаския университет Стивън Прохира се откроява като сред останалите идеи в тази област. Той предлага да се използват обвити в жици дървета вместо антени за откриване на неутрино. Въпреки че идеята е необичайна, тя може да доведе до важни научни открития.

Основната цел е да се регистрират неутрино със свръхвисока енергия. Тези частици носят енергия, която е десетки милиони пъти по-голяма от енергията, отделяна при деленето на урана. Те се получават при екстремни космически събития: звезден колапс, активност на пулсари и в близост до масивни черни дупки. Надеждното откриване на такива неутрино ще даде възможност за по-добро разбиране на природата на тези явления.

Прохира е вдъхновен от експеримента GRAND, който планира да използва антени за регистриране на радиосигнали, възникващи при взаимодействието на неутриното с атмосферата. Намирането на подходящите места за тези антени е голямо предизвикателство. При търсенето на алтернативи Прохира се обръща към стари експерименти на американската армия, при които дърветата са били използвани за приемане на радиосигнали в джунглата. Обвиването на дърветата с проводник ги превръща в чувствителни на радиовълните елементи, които според Прохира могат да бъдат адаптирани за регистриране на неутриното.

Идеята все още е на етап концепция. Статията на Прохира е публикувана в платформата arXiv.org, за да получи коментари от колегите си преди официалната рецензия. По време на процеса на рецензиране експертите могат да посочат грешките в изчисленията и недостатъците, дължащи се на разнообразието от форми и размери на дърветата.

Проектът ще изисква създаването на екип и тестване на прототипи. Конференции, като Международната конференция за космическите лъчи, могат да помогнат за привличането на учени и обсъждането на идеята. Подобни събития служат като стартова площадка за създаване на експериментална база.

Прототипите често се сблъскват с неочаквани проблеми, но именно тези експерименти дават ефективни решения. Така например проектът AMANDA, предшественик на IceCube, използва антарктически лед, който се оказа изключително чист и прозрачен. Тези данни позволиха разработването на по-мащабни инсталации като IceCube .

Въпреки че проектът на Прохира може да не проработи поради сложността на сигналите, свързани с дърветата, успехът на прототипа има потенциала да открие нови хоризонти във физиката на частиците. Разработването на експерименти като IceCube или GRAND показва, че дори смелите идеи могат да доведат до пробив.