Giant Radio Array do wykrywania neutrin

Giant Radio Array do wykrywania neutrin
Alternatywne nazwy	WIELKI
Styl teleskopowy	radioteleskop z detektorem neutrin ;
Strona internetowa	grand .cnrs .fr
	[ edytuj na Wikidanych ]

Giant Radio Array for Neutrino Detection ( GRAND ) to proponowany wielkoskalowy detektor przeznaczony do zbierania cząstek kosmicznych o ultrawysokiej energii , takich jak promienie kosmiczne , neutrina i fotony o energiach przekraczających 10 ¹⁷ eV . Projekt ten ma na celu rozwiązanie zagadki ich pochodzenia i wczesnych stadiów samego wszechświata. Propozycja, sformułowana przez międzynarodową grupę naukowców, zakłada umieszczenie 200 000 odbiorników w pasmach górskich na całym świecie.

Przegląd

Detektor GRAND szukałby neutrin , egzotycznych cząstek emitowanych przez niektóre oraz czarnych dziur w centrach galaktyk. Te neutrina mogą pomóc astronomom znaleźć źródło innych wysokoenergetycznych cząstek zwanych promieniowaniem kosmicznym o ultrawysokiej energii . Kiedy neutrina docierają do Ziemi, często zderzają się z cząstkami w powietrzu lub na ziemi, tworząc deszcz cząstek wtórnych. Te wtórne cząstki mogą być wychwytywane przez anteny radiowe, co pozwala naukowcom obliczyć trajektorię początkowych neutrin i prześledzić ich powrót do źródła. Koncepcja została po raz pierwszy opublikowana w 2017 roku.

Gigantyczna tablica detektorów radiowych składałaby się z 200 000 tanich anten w grupach po 10 000 rozmieszczonych na prawie 200 000 kilometrów kwadratowych (77 000 2) w różnych miejscach na całym świecie. To uczyniłoby go największym detektorem na świecie. Budowa, instalacja i połączenie w sieć 200 000 anten kosztowałoby około 226 mln USD , z wyłączeniem ceny dzierżawy gruntu i siły roboczej.

Zasada

Strategia GRAND polega na wykrywaniu emisji radiowych pochodzących z pęków cząstek, które rozwijają się w ziemskiej atmosferze w wyniku oddziaływania promieni kosmicznych o ultrawysokiej energii (UHE), promieni gamma i neutrin. Astrofizyczne neutrina taonowe (
ν
_τ ) można wykryć poprzez rozległe pęki powietrzne (EAS) wywołane rozpadami tau (
τ ^-
) w atmosferze. Krótkotrwały rozpad tau w atmosferze generuje EAS, który emituje mierzalne emisje elektromagnetyczne do częstotliwości setek MHz . Przewiduje się, że anteny będą działać w paśmie 60-200 MHz, aby uniknąć krótkofalowego szumu tła przy niższych częstotliwościach.

Każda pojedyncza antena to prosta konstrukcja z muszką , z 3 prostopadłymi łukami z dodatkowym pionowym ramieniem do próbkowania wszystkich trzech kierunków polaryzacji . Każda antena jest zamontowana na pojedynczym słupie o wysokości 5 metrów, a każda antena w siatce jest rozmieszczona co 1 km w kwadratowej siatce. Jeśli zbudowano pełny układ 200 000 anten, GRAND osiągnąłby wszystkie smaki 4 x10 ^-10 GeV cm ^-2 s ^-1 sr ^-1 powyżej 5 x10 ¹⁷ eV. Ze względu na substopniową rozdzielczość kątową GRAND będzie również poszukiwał punktowych źródeł neutrin UHE, stałych i przejściowych, potencjalnie rozpoczynając astronomię neutrin UHE, pozwalając na odkrycie i obserwację dużej liczby transjentów radiowych, szybkich rozbłysków radiowych , gigantycznych impulsów radiowych oraz do dokładnych badań epoki rejonizacji .

Naukowcy szacują, że GRAND może pozwolić nie tylko na wykrycie neutrin, ale także na zróżnicowanie typów źródeł, takich jak gromady galaktyk ze źródłami centralnymi, szybko wirujące nowonarodzone pulsary , aktywne jądra galaktyczne i poświaty rozbłysków gamma .

Status

Trwają prace symulacyjne i eksperymentalne nad rozwojem technologicznym i strategiami odrzucania tła. Faza pierwsza nosi nazwę GRANDProto35 i obejmuje 35 anten i 24 scyntylatory rozmieszczone w górach Tian Shan w Chinach. Jeśli impuls jest obserwowany jednocześnie w sygnałach z trzech lub więcej scyntylatorów, sygnały są rejestrowane. Od października 2018 GRANDProto35 jest w fazie uruchamiania. Jak dotąd system osiąga 100% skuteczność detekcji dla częstotliwości wyzwalania do 20 kHz .

Kolejny krok jest planowany na 2020 rok i jest to dedykowana konfiguracja o nazwie GRANDProto300 na obszarze 300 kilometrów kwadratowych (120 2). Układ linii bazowej to kwadratowa siatka z odstępami między antenami wynoszącymi 1 kilometr (0,62 mil), tak jak w przypadku późniejszych etapów. Ponieważ GRANDProto300 nie będzie wystarczająco duży, aby wykryć kosmogeniczne neutrina, żywotność zostanie przetestowana przy użyciu rozległych pęków powietrza zainicjowane przez bardzo pochylone promienie kosmiczne, dając w ten sposób możliwość uprawiania nauki o promieniach kosmicznych. Witryna będzie hostowana w chińskich prowincjach XinJiang, Mongolii Wewnętrznej, Yunnan i Gansu. Jeśli zostaną sfinansowane, późniejsze fazy zbudują GRAND10k w 2025 r., a ostatecznie GRAND200k (200 000 odbiorników) w latach 30. XXI wieku.

Zobacz też