Ibland inom astronomi, akronymen för ett projekt passar det särskilt bra. Det skulle absolut vara fallet för Giant Radio Array for Neutrino Detection, som forskare hoppas kunna skala upp till en storlek på 200, 000 km ² i ett försök att mäta tau-neutriner med ultrahög energi. Är det ambitiöst? Ja, men det hindrar inte mänskligheten från att utforska när den vill.

Projektet är idén till GRAND Collaboration, värd av CNRS, Frankrikes centrum för vetenskaplig forskning. Samarbetet har redan haft några workshops, och utvecklat en färdplan för att nå sin verkligt ambitiösa skala. För att förstå färdplanen, fastän, det är först till hjälp att förstå vad projektet är ute efter.

GRAND kommer att leta efter vad som kallas ultrahögenergineutriner. Dessa neutriner spelar en stor roll i standardmodellen för partikelfysik, men har hittills undvikit upptäckt på de energinivåer där de i första hand förutsägs. De kan komma från två källor. Den första är direkt från ultrahögenergi (UHE) kosmiska strålar, medan den andra är när UHE kosmiska strålar interagerar med den kosmiska mikrovågsbakgrunden som genomsyrar universum.

Den specifika typen av neutrino som GRAND letar efter kallas en tau neutrino. Dessa är inte ett direkt resultat av neutrinobildningshändelserna som beskrivs ovan, men de är en efterföljande form av de myon- och elektronneutriner som dessa händelser skapar. Som sådan, några av dessa partiklar skulle "oscillera" till tau neutrinos.

Anledningen till att tau neutrinos är av intresse är att de har en stor chans att upptäckas. Väsentligen, projektforskarna skulle förlita sig på den relativt höga sannolikheten att UHE-neutriner interagerar med vanlig materia. Av de tre typerna av neutrino skapar UHE kosmiska strålar, elektronen fastnar helt enkelt i vilken vanlig materia den interagerar med, medan myonen fortsätter att resa genom den vanliga materien. Den "sweet spot" för upptäckt är tau neutrinon, som interagerar med reguljär materia och sönderfaller inom cirka 50 km från interaktionsplatsen.

GRAND-teleskopet kan ta upp det förfallet, och kommer att ha särskilt goda förutsättningar att göra det. Termen för förfall av en sådan tau -neutrino kallas en "luftdusch, " där tau-neutrinon sedan kan detekteras. Men först, det måste interagera med någon form av normal materia, och vilken bättre massa av normal materia har vi än jorden själv?

Tanken att använda jorden för att skapa en luftdusch av tau -neutrinoer är inte ny, men att sätta upp många arrayer i bergig terräng för att konsekvent upptäcka att förfallet är grunden för vad GRAND Collaboration försöker göra med deras teleskop. De försöker fånga förfallet hos tauneutriner som har skummat bort några kilometer av jordskorpan och råkar förfalla i atmosfären snarare än djupt under jorden.

För att utföra denna upptäckt, arrayen kommer att använda 200, 000 stycken specialdesignad utrustning för den färdiga matrisen.

Det betyder inte att projektet har för avsikt att täcka 200, 000 km ² område (tre gånger storleken på Tjeckien, där de nyligen höll ett virtuellt möte) för att upptäcka utrustning. De skulle helt enkelt behöva en enda detektionsstation per km ² .

Varje detektionsstation består av en specialdesignad antenn, en förstärkare, och viss tillhörande datainsamlingshårdvara. Projektgruppen har utvecklat en tidig prototyp, men påpeka att de har en lång väg kvar att gå när det gäller kostnader och motståndskraft innan deras prototyp är redo att användas fullt ut vid 200, 000 webbplatser.

Det är här som samverkans färdplan kommer in. Teamet har redan fått cirka 160 000 euro och slutfört en uppsättning av 35 anslutna prototyper. År 2020, de inledde ett prototypprogram som heter GRANDProto300 med 1,6 € i finansiering för att täcka en 300 km lång ² område i prototypsatsen. Under de kommande fem till 10 åren, de hoppas kunna sänka kostnaden för ett komplett antenn- och datainsamlingssystem till cirka 500 dollar. Denna prispunkt skulle finansiera hela projektet, med 20 hotspots var och en med en antenn för var och en av 10, 000 km ² , för en total prislapp på 200 miljoner euro.

GRAND-projektet är verkligen ambitiöst, men det skulle kunna svara på några intressanta frågor om standardmodellen. Teamet påpekar till och med att om de inte upptäcker någon av dessa ruttnande tau-neutriner, det i sig är ett revolutionerande fynd för standardmodellen, och skulle föranleda en omprövning av hur dessa neutrinos fungerar.

Ännu mer intressant, om du råkar vara intresserad av att tänja på gränserna för experimentell partikelfysik, teamet letar efter nya medarbetare, och skulle välkomna ytterligare hjälp när de når sitt djärva mål. Om inget annat, alla nya medarbetare kan vara säkra på att de kommer att arbeta med ett team som vet hur man märker astronomiprojekt.