Un array per il rilevamento di neutrini che si estende su 200.000 chilometri quadrati

GRAND cercherà i neutrini ad altissima energia. Questi neutrini hanno un ruolo importante nel modello standard della fisica delle particelle, ma finora hanno eluso il rilevamento ai livelli di energia in cui sono previsti

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Il Giant Radio Array for Neutrino Detection, è il progetto di un’antenna gigantesca che potrebbe rilevare i neutrini tau ad alta energia. Il progetto dell’antenna è molto ambizioso e potrebbe arrivare alle dimensioni di 200.000 kmq.
Il progetto nasce da un’idea della GRAND Collaboration, ospitata dal CNRS, il Centro francese per la ricerca scientifica. La collaborazione ha sviluppato una tabella di marcia per raggiungere l’obiettivo di arrivare presto a questa scala. Per capire la roadmap, però, prima è importante capire cosa vuole scoprire l’array.
GRAND cercherà i neutrini ad altissima energia. Questi neutrini hanno un ruolo importante nel modello standard della fisica delle particelle, ma finora hanno eluso il rilevamento ai livelli di energia in cui sono previsti. Possono provenire da due fonti, dai raggi cosmici ad altissima energia (UHE), o dalle interazioni dei raggi cosmici UHE con il fondo cosmico a microonde che pervade l’universo.
I neutrini tau non sono un risultato diretto degli eventi di formazione dei neutrini descritti sopra, ma sono una forma successiva dei neutrini di tipo muonico ed elettronico che questi eventi creano. In quanto tali, alcune di queste particelle “oscillerebbero” trasformandosi in neutrini tau.
Il motivo per cui i neutrini tau sono interessanti è che possono essere rilevati. Gli scienziati del progetto faranno affidamento sulla probabilità relativamente alta che i neutrini UHE interagiscano con la materia ordinaria. Dei tre tipi di neutrini creati dai raggi cosmici UHE, il neutrino elettronico rimane semplicemente bloccato in qualsiasi materia ordinaria con cui interagisce, mentre il neutrino muonico continua a viaggiare attraverso la materia ordinaria anche se interagisce con essa. Il “punto debole” del rilevamento è il neutrino tau che interagisce con la materia e decade entro circa 50 km dal punto di interazione.
Il telescopio GRAND sarà in grado di rilevare il neutrino tau grazie alla sua posizione. Il termine per il decadimento di un neutrino tau è chiamato “doccia d’aria”, dove il neutrino tau è quindi rilevabile. Ma prima, deve interagire con una qualche forma di materia normale, e la massa migliore o la materia normale è la Terra stessa.
L’idea di utilizzare la Terra per creare una “doccia d’aria” di neutrini tau non è nuova, ma la creazione di numerosi array in terreni montuosi per rilevare costantemente quel decadimento è la base di ciò che la GRAND Collaboration sta cercando di fare con il telescopio. La GRAND Collaboration sta cercando di catturare il decadimento dei neutrini tau che hanno siorano alcuni chilometri della crosta terrestre e che decadono nell’atmosfera piuttosto che nel sottosuolo.
Per eseguire questo rilevamento, l’array utilizzerà molte apparecchiature appositamente progettate. Nello specifico ci sarebbero 200.000 parti appositamente progettate per l’array completo. Il progetto non coprirà un’area di 200.000 kmq, il telescopio avrebbe.semplicemente bisogno di una stazione di rilevamento per km quadrato.
Ogni stazione di rilevamento è costituita da un’antenna appositamente progettata, un amplificatore e alcuni hardware di acquisizione dati. Il team del progetto ha sviluppato un prototipo iniziale, ma sottolinea che il lavoro è ancora molta lungo in termini di costi e resilienza prima che il prototipo sia pronto per essere completamente implementato in 200.000 siti.
Ed è qui che entra in gioco la roadmap su cui sta lavorando la collaborazione. Il team ha già ricevuto circa 160.000 euro e ha completato una serie di 35 prototipi. Nel 2020 hanno intrapreso un programma prototipo chiamato GRANDProto300 per coprire un’area di 300 kmq con un kit prototipo. Nei prossimi 5-10 anni, sperano di ridurre il costo di un’antenna completa e di un sistema di acquisizione dati a circa 500 dollari. Quella fascia di prezzo consentirebbe la piena implementazione dell’intero progetto, con 20 hotspot ciascuno con un’antenna per ogni 10.000 km, per un prezzo totale di 200 milioni di euro.
Il progetto GRAND è certamente ambizioso, ma potrebbe rispondere ad alcune domande molto interessanti sul Modello Standard. Il team sottolinea inoltre che, se non rilevano nessuno di questi neutrini tau, questa è di per sé una scoperta rivoluzionaria per il Modello Standard e indurrebbe a ripensare a come funzionano i neutrini.
Fonte: https://www.universetoday.com/149367/a-proposal-for-a-neutrino-detection-array-spanning-200000-square-kilometers/#more-149367