Soms in de astronomie, het acroniem voor een project past er bijzonder goed bij. Dat zou absoluut het geval zijn voor de Giant Radio Array voor Neutrino-detectie, die onderzoekers hopen op te schalen naar een grootte van 200, 000 km ² in een poging om ultrahoge-energetische tau-neutrino's te meten. Is het ambitieus? Ja, maar dat weerhoudt de mensheid er niet echt van om te verkennen wanneer ze dat wil.

Het project is het geesteskind van de GRAND Collaboration, gehost door CNRS, Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek in Frankrijk. De samenwerking heeft al enkele workshops gehad, en ontwikkelden een routekaart om hun werkelijk ambitieuze schaal te bereiken. Om de routekaart te begrijpen, Hoewel, het is eerst nuttig om te begrijpen waar het project naar op zoek is.

GRAND gaat op zoek naar zogenaamde ultrahoge-energetische neutrino's. Deze neutrino's spelen een grote rol in het standaardmodel van de deeltjesfysica, maar zijn tot dusverre aan detectie ontsnapt op de energieniveaus waar ze voornamelijk worden voorspeld. Ze kunnen uit twee bronnen komen. De eerste is rechtstreeks afkomstig van ultrahoge-energie (UHE) kosmische straling, terwijl de tweede is wanneer de UHE-kosmische stralen interageren met de kosmische microgolfachtergrond die het universum doordringt.

Het specifieke type neutrino waar GRAND naar op zoek is, wordt een tau-neutrino genoemd. Deze zijn geen direct gevolg van de hierboven beschreven neutrino-vormingsgebeurtenissen, maar ze zijn een volgende vorm van de muon- en elektronenneutrino's die deze gebeurtenissen creëren. Als zodanig, sommige van die deeltjes zouden "oscilleren" in tau-neutrino's.

De reden dat tau-neutrino's interessant zijn, is dat ze een grote kans hebben om ontdekt te worden. Eigenlijk, de projectwetenschappers zouden vertrouwen op de relatief hoge waarschijnlijkheid dat UHE-neutrino's interageren met gewone materie. Van de drie soorten neutrino die UHE-kosmische straling creëert, het elektron komt gewoon vast te zitten in elke gewone materie waarmee het in wisselwerking staat, terwijl het muon door de gewone materie blijft reizen. De "sweet spot" van detectie is het tau-neutrino, die wel interageert met gewone materie en vervalt binnen ongeveer 50 km van de interactieplaats.

De GRAND-telescoop kan dat verval opvangen, en zal daarvoor bijzonder goed geplaatst zijn. De term voor het verval van zo'n tau-neutrino wordt een "luchtdouche, " waarin het tau-neutrino dan detecteerbaar is. Maar eerst, het moet interageren met een of andere vorm van normale materie, en welke betere massa normale materie hebben we dan de aarde zelf?

Het idee om de aarde te gebruiken om een ​​luchtdouche van tau-neutrino's te creëren is niet nieuw, maar het opzetten van talloze arrays in bergachtig terrein om dat verval consequent te detecteren, is de basis van wat de GRAND Collaboration probeert te doen met hun telescoop. Ze proberen het verval te vangen van tau-neutrino's die een paar kilometer van de aardkorst zijn afgeroomd en die toevallig in de atmosfeer vervallen in plaats van diep onder de grond.

Om deze detectie uit te voeren, de array zal gebruik maken van 200, 000 stuks speciaal ontworpen apparatuur voor de voltooide array.

Dat betekent niet dat het project 200, 000 km ² gebied (drie keer zo groot als Tsjechië, waar ze onlangs een virtuele vergadering hielden) in detectieapparatuur. Ze zouden slechts één detectiestation per km . nodig hebben ² .

Elk detectiestation bestaat uit een speciaal ontworpen antenne, een versterker, en een aantal bijbehorende data-acquisitiehardware. Het projectteam heeft een vroeg prototype ontwikkeld, maar wijs erop dat ze nog een lange weg te gaan hebben in termen van kosten en veerkracht voordat hun prototype klaar is om volledig te worden ingezet bij 200, 000 plaatsen.

Dit is waar de roadmap van de samenwerking van pas komt. Het team heeft al ongeveer € 160k ontvangen en een set van 35 aangesloten prototypes voltooid. in 2020, ze begonnen aan een prototypeprogramma genaamd GRANDProto300 met € 1,6 aan financiering om een ​​300 km ² gebied in prototypekit. In de komende vijf tot tien jaar zal ze hopen de kosten van een volledig antenne- en data-acquisitiesysteem te verlagen tot ongeveer $ 500. Die prijs zou het hele project financieren, met 20 hotspots elk met een antenne voor elk van de 10, 000 km ² , voor een totaal prijskaartje van 200 miljoen euro.

Het GRAND-project is zeker ambitieus, maar het zou enkele interessante vragen over het standaardmodel kunnen beantwoorden. Het team wijst er zelfs op dat als ze geen van deze rottende tau-neutrino's detecteren, dat is op zich al een revolutionaire bevinding voor het standaardmodel, en zou aanleiding geven tot een heroverweging van hoe deze neutrino's werken.

Nog interessanter, als je toevallig geïnteresseerd bent in het verleggen van de grenzen van de experimentele deeltjesfysica, het team is op zoek naar nieuwe medewerkers, en zouden de extra hulp verwelkomen bij het bereiken van hun gedurfde doel. Als er niets tussenkomt, alle nieuwe medewerkers kunnen er zeker van zijn dat ze zullen werken met een team dat weet hoe astronomische projecten moeten worden gemarkeerd.