A volte in astronomia, l'acronimo di un progetto si adatta particolarmente bene. Questo sarebbe assolutamente il caso del Giant Radio Array per il rilevamento dei neutrini, che i ricercatori sperano di scalare fino a una dimensione di 200, 000 km ² nel tentativo di misurare i neutrini tau ad altissima energia. È ambizioso? Sì, ma questo non impedisce davvero all'umanità di esplorare quando vuole.

Il progetto nasce da un'idea della GRAND Collaboration, ospitato dal CNRS, Centro francese per la ricerca scientifica. La collaborazione ha già avuto alcuni workshop, e sviluppato una tabella di marcia per raggiungere la loro scala veramente ambiziosa. Per comprendere la tabella di marcia, anche se, è prima di tutto utile capire cosa sta cercando il progetto.

GRAND cercherà quelli che sono conosciuti come neutrini ad altissima energia. Questi neutrini giocano un ruolo importante nel modello standard della fisica delle particelle, ma finora hanno eluso il rilevamento ai livelli di energia in cui sono principalmente previsti. Possono provenire da due fonti. Il primo proviene direttamente dai raggi cosmici ad altissima energia (UHE), mentre il secondo è quando i raggi cosmici UHE interagiscono con il fondo cosmico a microonde che pervade l'universo.

Il tipo specifico di neutrino che GRAND sta cercando è chiamato neutrino tau. Questi non sono un risultato diretto degli eventi di formazione dei neutrini descritti sopra, ma sono una forma successiva dei muoni e dei neutrini elettronici che questi eventi creano. Come tale, alcune di queste particelle "oscillerebbero" in neutrini tau.

Il motivo per cui i neutrini tau sono interessanti è che hanno un'alta probabilità di essere rilevati. Essenzialmente, gli scienziati del progetto si baserebbero sulla probabilità relativamente alta che i neutrini UHE interagiscano con la materia ordinaria. Dei tre tipi di neutrini creati dai raggi cosmici UHE, l'elettrone rimane semplicemente bloccato in qualsiasi materia ordinaria con cui interagisce, mentre il muone continua a viaggiare attraverso la materia ordinaria. Il "punto debole" di rilevamento è il neutrino tau, che interagisce con la materia regolare e decade entro circa 50 km dal sito di interazione.

Il telescopio GRAND può rilevare quel decadimento, e sarà particolarmente ben posizionato per farlo. Il termine per il decadimento di un tale neutrino tau è chiamato "acquazzone d'aria, " in cui il neutrino tau è poi rilevabile. Ma prima, deve interagire con una qualche forma di materia normale, e quale migliore massa di materia normale abbiamo della Terra stessa?

L'idea di utilizzare la Terra per creare una pioggia 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 loro telescopio. Stanno cercando di catturare il decadimento dei neutrini tau che sono stati sfiorati da alcuni chilometri della crosta terrestre e decadono nell'atmosfera piuttosto che nelle profondità del sottosuolo.

Per eseguire questo rilevamento, l'array utilizzerà 200, 000 pezzi di equipaggiamento appositamente progettato per l'array completato.

Ciò non significa che il progetto intenda coprire un 200, 000 km ² zona (tre volte la dimensione della Repubblica Ceca, dove hanno recentemente tenuto una riunione virtuale) nel rilevamento delle apparecchiature. Avrebbero semplicemente bisogno di una singola stazione di rilevamento per km ² .

Ogni stazione di rilevamento è costituita da un'antenna appositamente progettata, un amplificatore, e alcuni hardware di acquisizione dati associati. Il team del progetto ha sviluppato un primo prototipo, ma sottolinea che hanno una lunga strada da percorrere in termini di costi e resilienza prima che il loro prototipo sia pronto per essere completamente distribuito a 200, 000 siti.

È qui che entra in gioco la roadmap della collaborazione. Il team ha già ricevuto circa 160mila euro e ha completato una serie di 35 prototipi collegati. Nel 2020, hanno intrapreso un programma prototipo chiamato GRANDProto300 con un finanziamento di 1,6 € per coprire un 300 km ² area nel 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. Quel prezzo finanzierebbe l'intero progetto, con 20 hotspot ciascuno con un'antenna per ciascuno dei 10, 000 km ² , per un prezzo totale di 200 milioni di euro.

Il progetto GRAND è sicuramente ambizioso, ma potrebbe rispondere ad alcune domande interessanti sul modello standard. Il team sottolinea anche che se non rilevano nessuno di questi neutrini tau in decadimento, che di per sé è una scoperta rivoluzionaria per il modello standard, e richiederebbe un ripensamento di come funzionano questi neutrini.

Ancora più interessante, se ti interessa spingerti oltre i limiti della fisica sperimentale delle particelle, il team è alla ricerca di nuovi collaboratori, e apprezzerebbero l'aiuto aggiuntivo mentre raggiungono il loro audace obiettivo. Se nient'altro, tutti i nuovi collaboratori possono essere certi che lavoreranno con un team che sa come marchiare i progetti di astronomia.