Τα δάση ως ανιχνευτές νετρίνων

Από όλα τα σωματίδια που μας έρχονται από το διάστημα τα νετρίνα είναι τα πιο δύσκολα στον εντοπισμό τους. Αλληλεπιδρούν τόσο σπάνια με την ύλη που τα περισσότερα διασχίζουν το εσωτερικό της Γης και φεύγουν από την άλλη πλευρά ανενόχλητα. Έτσι, βασιζόμαστε σε τεράστιες δεξαμενές με νερό, εκτάσεις πάγου, ή βαθιές θάλασσες ώστε να εντοπίσουμε ένα ελάχιστο ποσοστό από αυτά που θα παράγουν ακτινοβολία κατά την αλληλεπίδρασή τους με την ύλη. Συνήθως αυτή είναι ακτινοβολία ορατού φωτός, που παράγεται όταν τα νέα σωματίδια που δημιουργούνται από τη σύγκρουση νετρίνων με ύλη, ταξιδεύουν γρηγορότερα από την τοπική ταχύτητα του φως εντός του νερού ή του πάγου. Αλλά εδώ θα δούμε κάτι πιο εξεζητημένο.

Τα νετρίνα έρχονται σε τρεις “γεύσεις”: ηλεκτρονικά, μιονικά, και ταυ. Τα τελευταία, όταν αλληλεπιδρούν με την ύλη εντός της Γης, π.χ. μέσα σε ένα βουνό όταν το διατρέχουν σχεδόν εφαπτομενικά με την επιφάνεια της Γης, διασπώνται σε άλλου τύπου νετρίνα και, παράλληλα, ένα λεπτόνιο ταυ. Αυτό είναι σαν το ηλεκτρόνιο αλλά πάρα πολύ βαρύτερο. Το ταυ έχει την ιδιότητα να διασπάται σε πολλών ειδών άλλα σωματίδια, εντός ενός κώνου με μεγάλο μήκος και πολύ μικρό άνοιγμα όταν αυτά έχουν πολύ υψηλές ενέργειες. Αυτές οι αλληλουχίες δημιουργίας και διασπάσεων νέων σωματιδίων ονομάζονται καταιονισμοί, και παριστάνονται στην Εικόνα 1 και την Εικόνα 2. Το τελικό αποτέλεσμα αυτών των καταιονισμών εμπεριέχει ακτινοβολία στα ραδιοκύματα, που μπορεί να ανιχνευθεί από απλές κεραίες, αν αυτές είναι διάσπαρτες γύρω από τον κώνο του κάθε καταιονισμού. Με δεδομένα από πάρα πολλές κεραίες, η ενέργεια και η τροχιά των δευτερευόντων σωματιδίων μπορεί να ανασυσταθεί και, μέσω αυτών, η ενέργεια και η τροχιά των αρχικών ταυ νετρίνων. Αυτό μπορεί να μας δείξει από που στο Σύμπαν μας έρχονται τέτοια υψηλοενεργειακά νετρίνα, και να οδηγήσει σε νέες ανακαλύψεις σε αυτό.

Ένα πρόβλημα στην ανίχνευση αυτών των νετρίνων είναι ακριβώς η ανάγκη για ένα τόσο εκτεταμένο δίκτυο κεραιών. Μία λύση που έχει προταθεί είναι να χρησιμοποιήσουμε φυσικές κεραίες, δηλαδή… δέντρα!

Είναι γνωστό εδώ και πάνω από εκατό χρόνια ότι τα δέντρα δρουν σαν κεραίες, οπότε αν συνδέσουμε ένα καλώδιο σε αυτά μπορούμε να λάβουμε ραδιοφωνικά σήματα. Έτσι, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κάνσας πρότεινε να αξιοποιήσουμε τα ήδη υπάρχοντα δάση για να ανιχνεύουμε τα ραδιοφωνικά ίχνη των ταυ νετρίνων. Η ιδέα έχει διάφορα πλεονεκτήματα. Τα εκτεταμένα δάση είναι συχνά κοντά ή πάνω σε βουνά και συνήθως μακριά από ανθρώπινη δραστηριότητα, οπότε έχουν ελάχιστο θόρυβο από ανθρωπογενή ραδιοφωνικά σήματα, που μπορεί να μπερδεύουν τις παρατηρήσεις. Η χρήση δέντρων είναι πιο οικολογική από την ενδεχόμενη αποψίλωση μεγάλων εκτάσεων για την τοποθέτηση μεταλλικών κεραιών, και οι προτεινόμενες κεραίες, που αναγκαστικά είναι μικρού μεγέθους για την ελαχιστοποίηση του κόστους, αποδεικνύεται ότι παράγουν ασθενέστερο σήμα από ότι τα δέντρα σε παρατηρήσεις που έχουν γίνει στη συχνότητα των 4,6 MHz.

Χρειάζεται να γίνουν ακόμα δοκιμές σε υψηλότερες συχνότητες ραδιοκυμάτων, ενώ παραμένει το πρόβλημα της ηλεκτροδότησης του πλέγματος συρμάτων που θα καλύπτει ένα ολόκληρο δάσος, αλλά η ιδέα είναι ενδιαφέρουσα. Μπορεί στο μέλλον κάποια δάση να θροΐζουν με τον ήχο των αστροφυσικών νετρίνων.