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

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.