A volte in astronomia l’acronimo di un progetto si adatta particolarmente bene. Sarebbe assolutamente il caso della Giant Radio Array for Neutrino Detection, che spera di raggiungere una dimensione di 200.000 kmq nel tentativo di misurare i tau-neutrini ad altissima energia. È ambizioso? Sì, ma questo non impedisce all’umanità di esplorare quando vuole.

Il progetto nasce da un’idea della GRAND Collaboration, ospitata dal CNRS, il Centro di Ricerca Scientifica di Frances. La Collaborazione ha già avuto alcuni workshop, e ha sviluppato una tabella di marcia per raggiungere la loro scala veramente ambiziosa. Per capire la roadmap, però, è utile prima di tutto capire cosa sta cercando il progetto.

GRAND cercherà i cosiddetti neutrini ad altissima energia. Questi neutrini giocano un ruolo importante nel Modello Standard della fisica delle particelle, ma finora hanno eluso la rilevazione ai livelli di energia dove sono principalmente previsti. Possono provenire da due fonti. La prima proviene direttamente dai raggi cosmici ad altissima energia (UHE), mentre la seconda è quando i raggi cosmici UHE interagiscono con lo sfondo cosmico a microonde che pervade l’universo.

Il tipo specifico di neutrino che GRAND sta cercando si chiama tau-neutrino. Questi non sono il 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. Come tali, alcune di queste particelle “oscillerebbero” in neutrini tau.

Il motivo per cui i tau-neutrini sono interessanti è che hanno una possibilità “giusta” di essere rilevati. Essenzialmente gli scienziati del progetto si affiderebbero alla relativamente alta probabilità che i neutrini UHE interagiscano con la materia ordinaria. Dei tre tipi di neutrini che i raggi cosmici UHE creano, l’elettrone rimane semplicemente bloccato in qualsiasi materia ordinaria con cui interagisce, mentre il muone continua a viaggiare attraverso la materia ordinaria anche se interagisce con essa. Il “punto dolce” del rilevamento è il tau-neutrino, che interagisce con la materia normale e decade entro circa 50 km da dove interagisce con la materia ordinaria.

Il telescopio GRAND può raccogliere quel decadimento, e sarà appositamente posizionato per farlo. Il termine per il decadimento di un tale tau-neutrino si chiama “doccia d’aria”, dove il tau-neutrino è poi rilevabile. Ma prima deve interagire con una qualche forma di materia normale, e quale massa o materia normale migliore della Terra stessa.

L’idea di utilizzare la Terra per creare una “pioggia d’aria” di tau-neutrini non è una novità, ma la creazione di numerose matrici su terreni montuosi per rilevare costantemente il decadimento è alla base di ciò che la GRAND Collaboration sta cercando di fare con il loro telescopio. Stanno cercando di catturare il decadimento dei tau-neutrini che hanno sfiorato qualche chilometro della crosta terrestre e si trovano a decomporsi nell’atmosfera piuttosto che nel sottosuolo.

Per eseguire questa rilevazione, l’array farà uso di molte apparecchiature appositamente progettate. In particolare ci sarebbero 200.000 pezzi di apparecchiature appositamente progettate per l’array completato.

Ciò non significa che il progetto intenda coprire un’area di 200.000 kmq (tre volte la superficie della Repubblica Ceca, dove recentemente si è tenuta una riunione virtuale) per il rilevamento delle attrezzature. Avrebbero semplicemente bisogno di un’unica stazione di rilevamento per kmq.

Ogni stazione di rilevamento è costituita da un’antenna appositamente progettata, da un amplificatore e da alcuni hardware di acquisizione dati associati. Il team del progetto ha sviluppato un prototipo iniziale, ma sottolinea che ha ancora molta strada da fare in termini di costi e di resilienza prima che il prototipo sia pronto per essere completamente distribuito in 200.000 siti.

Ed è qui che entra in gioco la roadmap su cui la Collaborazione ha lavorato. Il team ha già ricevuto circa 160.000 euro e ha completato una serie di 35 prototipi collegati. Nel 2020 hanno intrapreso un programma di prototipi chiamato GRANDProto300 con un finanziamento di 1,6 euro per coprire un’area di 300 km quadrati in kit di prototipi. 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. Questo punto di prezzo permetterebbe di realizzare completamente l’intero progetto, con 20 hotspot con un’antenna ciascuno per 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 addirittura che, se non rilevano nessuno di questi tau-neutrini in decomposizione, questo è di per sé una scoperta rivoluzionaria per il modello standard, e indurrebbe a ripensare il funzionamento di questi neutrini.

Ancora più interessante è che, se vi capita di essere interessati a spingere i limiti della fisica delle particelle sperimentali, il team è alla ricerca di nuovi collaboratori, e gradirebbe un ulteriore aiuto per raggiungere il loro audace obiettivo. Se non altro, ogni nuovo collaboratore può stare sicuro che lavorerà con un team che sa come marchiare i progetti astronomici.

Per saperne di più:

arXiv : Array radio gigante per la rilevazione dei Neutrini (GRAND)
CNRS: Grande Collaborazione
UT: I neutrini sono stati rilevati con un’energia così alta che il modello standard non può spiegarli.