Леса против нейтрино: как обычные деревья станут детекторами сверхмощных космических частиц

Как природа превращается в исследовательскую лабораторию.

Нейтрино проходят через тело человека каждую секунду, но вероятность их взаимодействия с атомами крайне мала из-за слабости ядерного взаимодействия, регулирующего взаимодействие нейтрино. Чтобы надежно фиксировать такие частицы, эксперименты требуют огромного количества вещества. Например, для регистрации столкновений нейтрино с атомами атмосферы используются 1000 тонн тяжелой воды, камеры в кубическом километре антарктического льда, а также планы по установке 200 000 антенн .

Недавнее предложение физика из Университета Канзаса, Стивена Прохиры , выделяется на фоне других идей в этой области. Он предлагает использовать для обнаружения нейтрино не антенны, а деревья, обмотанные проводами. Несмотря на необычность идеи, она может привести к важным научным открытиям.

Главная цель — регистрация нейтрино с ультравысокой энергией. Эти частицы несут энергию, превышающую энергию, высвобождаемую при ядерном делении урана, в десятки миллионов раз. Они образуются в экстремальных космических событиях: коллапсе звезд, активности пульсаров и вблизи массивных черных дыр. Надежное обнаружение таких нейтрино позволит лучше понять природу этих явлений.

Прохира вдохновился экспериментом GRAND , где планируется использовать антенны для регистрации радиосигналов, возникающих при взаимодействии нейтрино с атмосферой. Поиск мест для установки таких антенн — серьезная проблема. Исследуя альтернативы, Прохира обратился к старым экспериментам армии США, где деревья использовались для приема радиосигналов в джунглях. Обмотка проволоки вокруг деревьев превращала их в чувствительные к радиоволнам элементы, что, по мнению Прохиры, может быть адаптировано для регистрации нейтрино.

Идея пока находится на стадии концепции. Статья Прохиры была опубликована на платформе arXiv.org , чтобы получить комментарии коллег до официального рецензирования. В процессе проверки эксперты могут указать на ошибки в расчетах или недостатки, связанные с разнообразием форм и размеров деревьев.

Для реализации проекта потребуется команда и тестирование прототипов. Конференции, такие как Международная конференция по космическим лучам , могут помочь в привлечении ученых и обсуждении идеи. Подобные мероприятия служат стартовой площадкой для создания экспериментальной базы.

Прототипы часто сталкиваются с неожиданными проблемами, но именно такие эксперименты позволяют находить эффективные решения. Например, проект AMANDA, предшественник IceCube, использовал антарктический лед, который оказался исключительно прозрачным и чистым. Эти данные позволили разработать более масштабные установки, такие как IceCube .

Несмотря на то что проект Прохиры может не сработать из-за сложности сигналов, связанных с деревьями, успех прототипа способен открыть новые горизонты в физике частиц. Развитие экспериментов, таких как IceCube или GRAND, показывает, что даже смелые идеи могут привести к прорывам.