Вселената е пронизана от рояци неутрино, но откриването им е изключително трудно, тъй като те избягват взаимодействие с материята.
За търсенето на тези почти безтегловни частици се изграждат детектори с размери от порядъка на километри в лед или под вода.
Новият капан за призрачните пратеници на Космоса обаче е устроен по съвсем различен начин – и е още по-мащабен.
Името му е подобаващо – GRAND (Giant Radio Array for Neutrino Detection – гигантски радиомасив за откриване на неутрино).
В пустинята Гоби е построен прототип с размерите на летище.
Първите резултати от работата на проекта бяха представени на Международната конференция по космически лъчи в Женева.
Антенният масив в Китай е първата стъпка към мрежа от детектори с обща площ, почти колкото тази на Великобритания.
Те ще регистрират в атмосферата радиоимпулси, генерирани от неутрино със свръхвисоки енергии, които пронизват Земята.
„Тези частици са невероятно редки. Ако видим дори само една, това ще бъде изумително. А ако видим една и успеем да определим посоката, от която е дошла, ще бъде двойно по-удивително“, казва астрофизикът Наоко Курахаши Нилсон от университета „Дрексел“.
След като се установи посоката, от която е долетяло неутриното, най-накрая ще може да се определи и източникът, който го е породил.
Съществуването на такива ускорители вече се доказва от космическите лъчи, които бомбардират Земята с колосална енергия.
Смята се, че тези протони или други леки атомни ядра се раждат при експлозии на свръхнови. Или при разкъсване на звезди от свръхмасивни черни дупки. Или в процеси, при които черни дупки ускоряват частици до енергии, стотици пъти по-високи от тези в най-мощните създадени от човека ускорители.
Но тъй като космическите лъчи са заредени, магнитните полета в Космоса изкривяват траекториите им, което не позволява проследяването на източника.
„Все още знаем много малко за произхода на космическите лъчи със свръхвисоки енергии“, признава професор Олга Ботнер от университета в Упсала.
В началото на своя път космическите лъчи често се сблъскват с атоми от междузвездната среда, пораждайки неутрино с малко по-ниски енергии, които летят към Земята по прави траектории.
„Неутриното е практически единственият начин да получим почти директна информация за това какво се случва с частиците вътре в източниците“, обяснява Кумико Котера от Парижкия институт по астрофизика (IAP).
Един такъв рядък пратеник беше регистриран през 2023 г.
Регистрира го телескопът KM3Net (Кубичен километров неутринен телескоп) – подводен детектор на дъното на Средиземно море, който все още е в процес на изграждане.
Той откри неутрино с енергия 220 петаелектронволта. Тя е 30 пъти по-висока от всяка регистрирана досега. Но не успя да определи източника му.
За да се уловят повече такива неутрино и да се определят точно техните посоки, е необходим обем вода, значително надвишаващ един кубичен километър.
Проектът GRAND радикално разширява тези възможности.
Неутрино, прелитащо през земната кора, понякога се сблъсква с атом в скалата и поражда тау-лептон – частица, подобна на електрон, но много по-масивна.
Ако сблъсъкът се случи близо до повърхността, краткоживеещият тау-лептон може да излезе в атмосферата и да се разпадне, пораждайки порой от вторични заредени частици, който генерира радиоимпулс.
Представители на колаборацията GRAND съобщиха на конференцията за инсталирането на първите 60 от 300 планирани радиоантени в пустинята Гоби.
Те вече регистрират характерни радиоимпулси, въпреки че техният източник засега не са неутрино, а попадащи в атмосферата космически лъчи, които се сблъскват с молекули въздух на голяма височина.
За регистриране на неутрино със свръхвисоки енергии колаборацията GRAND планира да се разрасне до два масива с по 10 000 антени всеки, покриващи площ от над 100 км от всяка страна.
В крайна сметка те искат да построят 20 такива масива по целия свят.
Една от задачите е максималното поевтиняване на детекторите – 3,5-метрови стойки с телени антени във формата на детелина и друга апаратура.
Съ-ръководителят на GRAND Оливие Мартино-Юин от IAP очаква, че масовото производство може да намали цената на една антена от 5000 на 500 евро.
Друга трудност е намирането на открити пространства, свободни от радиосмущения, добавя Котера
„Всички тези територии обикновено са или национални резервати, или военни зони. Така или иначе, се налагат много преговори“.
