في بعض الأحيان في علم الفلك ، يكون اختصار المشروع مناسبًا له بشكل خاص. سيكون هذا هو الحال تمامًا بالنسبة للمصفوفة الراديوية العملاقة لاكتشاف النيوترينو ، التي تأمل في زيادة حجمها إلى 200 ألف كيلومتر مربع في محاولة لقياس نيوترينوات التاو عالية الطاقة. هل هو طموح؟ نعم ، لكن هذا لا يمنع البشرية حقًا من الاستكشاف عندما تريد ذلك.
المشروع هو من بنات أفكار GRAND Collaboration ، الذي يستضيفه CNRS ، مركز فرانسيس للبحث العلمي. وقد أقامت منظمة Collaboration بالفعل بعض ورش العمل ، وقد طورت خارطة طريق للوصول إلى نطاقها الطموح حقًا. لفهم خارطة الطريق ، من المفيد أولاً فهم ما يبحث عنه المشروع.
سيبحث GRAND عن ما يُعرف بالنيوترينوات فائقة الطاقة. تلعب هذه النيوترينوات دورًا كبيرًا في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، لكنها حتى الآن أفلتت من الاكتشاف على مستويات الطاقة حيث يتم توقعها في المقام الأول. يمكن أن يأتوا من مصدرين. الأول يأتي مباشرة من الأشعة الكونية عالية الطاقة (UHE) ، بينما الثاني هو عندما تتفاعل الأشعة الكونية UHE مع الخلفية الكونية الميكروية التي تسود الكون.
فيديو يصف بعضًا من أعلى الأشعة الكونية ذات الطاقة التي تم اكتشافها على الإطلاق ، والتي يمكن أن تكون مصدرًا للنيوترينوات التي سيبحث عنها GRAND.
الائتمان: كشف النقاب عن قناة يوتيوب
النوع المحدد من النيوترينو الذي يبحث عنه GRAND يسمى تاو نيوترينو. هذه ليست نتيجة مباشرة لأحداث تكوين النيوترينو الموصوفة أعلاه ، لكنها شكل لاحق من النيوترينوات من نوع الميون والإلكترون التي تخلقها هذه الأحداث. على هذا النحو ، فإن بعض هذه الجسيمات سوف 'تتأرجح' في تاو نيوترينوات.
سبب اهتمام تاو نيوترينوات هو أن لديها فرصة 'مناسبة تمامًا' لاكتشافها. سيعتمد علماء المشروع أساسًا على الاحتمال الكبير نسبيًا بأن تتفاعل نيوترينوات UHE مع المادة العادية. من بين الأنواع الثلاثة للأشعة الكونية UHE الخاصة بالنيوترينو ، يعلق الإلكترون ببساطة في أي مادة عادية يتفاعل معها ، بينما يستمر الميون في الانتقال عبر المادة العادية حتى لو تفاعل معها. 'نقطة الاكتشاف الرائعة' هي نيوترينو تاو ، الذي يتفاعل مع المادة العادية ويتحلل في نطاق 50 كيلومترًا تقريبًا من حيث يتفاعل مع المادة العادية.
فيديو يصف كيفية تأرجح أنواع النيوترينوات فيما بينها.
الائتمان: قناة MinutePhysics Youtube
يمكن أن يلتقط تلسكوب GRAND هذا الانحلال ، وسيكون في وضع خاص للقيام بذلك. يُطلق على مصطلح تحلل مثل هذا النيوترينو تاو 'دش هوائي' ، حيث يمكن بعد ذلك اكتشاف تاو نيوترينو. لكن أولاً ، يجب أن تتفاعل مع شكل من أشكال المادة العادية ، وأي كتلة أو مادة طبيعية لدينا أفضل من الأرض نفسها.
إن فكرة استخدام الأرض لإنشاء 'دش هوائي' من نيوترينوات تاو ليست جديدة ، ولكن إنشاء العديد من المصفوفات في التضاريس الجبلية لاكتشاف هذا الانحلال باستمرار هو أساس ما يحاول GRAND Collaboration القيام به باستخدام التلسكوب الخاص بهم . إنهم يحاولون اكتشاف اضمحلال نيوترينوات تاو التي تقشلت على بعد كيلومترات قليلة من قشرة الأرض وتحدث أنها تتحلل في الغلاف الجوي وليس في أعماق الأرض.
رسم من الورقة يصف GRAND ويوضح الأنواع المختلفة من النيوترينوات وكيف سيتم استخدام 'الدش الهوائي' لاكتشافها.
الائتمان: Sijbrand de Jong / GRAND Collaboration
من أجل إجراء هذا الكشف ، ستستفيد المصفوفة من الكثير من المعدات المصممة خصيصًا. على وجه التحديد ، سيكون هناك 200000 قطعة من المعدات المصممة خصيصًا للمصفوفة المكتملة.
هذا لا يعني أن المشروع ينوي تغطية مساحة 200000 كيلومتر مربع (ثلاثة أضعاف مساحة جمهورية التشيك ، حيث عقدوا مؤخرًا اجتماعًا افتراضيًا) في معدات الكشف. سيحتاجون ببساطة إلى محطة كشف واحدة لكل كيلومتر مربع.
صورة نموذج أولي لمجمع البيانات وجهاز الإرسال والاستقبال لنظام GRAND
الائتمان: Sijbrand de Jong / GRAND Collaboration
تتكون كل محطة كشف من هوائي مصمم خصيصًا ومكبر للصوت وبعض أجهزة الحصول على البيانات المرتبطة بها. طور فريق المشروع نموذجًا أوليًا مبكرًا ، لكن أشاروا إلى أن أمامهم طريق طويل لنقطعه من حيث التكلفة والمرونة قبل أن يصبح النموذج الأولي جاهزًا للنشر بالكامل في 200000 موقع.
وهنا يأتي دور خارطة الطريق التي يعمل عليها Collaboration. تلقى الفريق بالفعل حوالي 160 ألف يورو وأكمل مجموعة من 35 نموذجًا أوليًا متصلًا. في عام 2020 شرعوا في برنامج نموذج أولي يسمى GRANDProto300 بتمويل 1.6 يورو لتغطية مساحة 300 كيلومتر مربع في مجموعة النماذج الأولية. على مدى السنوات الخمس إلى العشر القادمة ، يأملون في خفض تكلفة الهوائي ونظام الحصول على البيانات بالكامل إلى حوالي 500 دولار. ستسمح نقطة السعر هذه بالتنفيذ الكامل للمشروع ، مع 20 نقطة ساخنة لكل منها هوائي واحد لكل 10000 كيلومتر ، بسعر إجمالي قدره 200 مليون يورو.
خريطة الطريق الكبرى توضح بالتفصيل خطط المشروع للسنوات العشر القادمة أو أكثر.
الائتمان: Sijbrand de Jong / GRAND Collaboration
إن مشروع GRAND طموح بالتأكيد ، لكنه قد يجيب على بعض الأسئلة المثيرة للاهتمام حول النموذج القياسي. حتى أن الفريق يشير إلى أنه إذا لم يكتشفوا أيًا من هذه النيوترينوات المتحللة ، فإن هذا في حد ذاته يعد اكتشافًا ثوريًا للنموذج القياسي ، وسيؤدي إلى إعادة التفكير في كيفية عمل هذه النيوترينوات.
والأكثر إثارة للاهتمام ، إذا كنت مهتمًا بتخطي حدود فيزياء الجسيمات التجريبية ، فإن الفريق يبحث عن متعاونين جدد ، وسيرحب بالمساعدة الإضافية عندما يصلون إلى هدفهم الجريء. إذا لم يكن هناك شيء آخر ، فيمكن لأي متعاونين جدد أن يطمئنوا إلى أنهم سيعملون مع فريق يعرف كيفية وضع علامة تجارية لمشاريع علم الفلك.
يتعلم أكثر:
arXiv: مصفوفة راديو عملاقة لاكتشاف النيوترينو (GRAND)
CNRS: تعاون كبير
خارج: تم اكتشاف النيوترينوات بمثل هذه الطاقة العالية التي لا يستطيع النموذج القياسي تفسيرها