للكشف عن النيوترينوات ذات الطاقة العالية للغاية، يحتاج العلماء إلى أجهزة كشف ضخمة. مساحات من الأشجار يمكن أن تساعد في ذلك.
يقترح أحد العلماء أنه يمكن استخدام الغابات للكشف عن النيوترينوات. يمكن للأشجار أن تلتقط موجات الراديو الناتجة عن تفاعلات الجسيمات دون الذرية داخل الأرض.
.jpg)
كاشفات النيوترينو لا تنمو على الأشجار. أو هل هم كذلك ؟ يقترح أحد علماء الفيزياء إمكانية استخدام الغابات يومًا ما لرصد النيوترينوات ذات الطاقة العالية.
Credit:audioundwerbung-Getty Images
يمكن أن تعمل الأشجار كهوائيات طبيعية تلتقط موجات الراديو الناتجة عن تفاعلات معينة للجسيمات دون الذرية التي يصعب اكتشافها، كما يقترح عالم فيزياء الجسيمات الفلكية ستيفن بروهيرا في ورقة بحثية مقدمة في 25 يناير على موقع arXiv.org.
تقول الفيزيائية إيمي كونولي من جامعة ولاية أوهايو في كولومبوس، والتي لم تشارك في الدراسة: "إنها فكرة مثيرة للغاية". "قد يكون هذا... حلاً طبيعيًا ربما كان موجودًا تحت أنوفنا."
تتطلب النيوترينوات عادة أجهزة كشف كبيرة وحساسة. وينطبق هذا بشكل خاص على أجهزة الكشف المصممة لاقتناص أندر النيوترينوات ذات الطاقة العالية التي تتساقط على الأرض من الفضاء. إن بناء مثل هذه الكواشف الضخمة من الصفر يمثل عقبة رئيسية.
لكن علماء فيزياء النيوترينو عالي الطاقة معروفون ببناء أجهزة كشف مبتكرة في البيئات الطبيعية. يبحث مرصد IceCube Neutrino عن تفاعلات النيوترينو باستخدام كيلومتر مكعب من جليد القطب الجنوبي، وسيقوم تلسكوب النيوترينو المكعب KM3NeT، قيد الإنشاء حاليًا، بالبحث عن النيوترينوات المتفاعلة في البحر الأبيض المتوسط . تمتلك هذه الكواشف أحجامًا كبيرة بما يكفي لجعل التقاط النيوترينوات النادرة عالية الطاقة أمرًا ممكنًا.
ولدراسة النيوترينوات ذات الطاقات الأعلى، يهدف العلماء إلى اكتشاف نوع معين من النيوترينو، يسمى نيوترينو تاو. عندما يمر مثل هذا النيوترينو داخل الأرض، فإنه يمكن أن يتفاعل وينتج جسيمًا يسمى تاو ليبتون. إذا هرب ليبتون تاو من الأرض إلى الغلاف الجوي للأرض، فإن اضمحلاله يمكن أن ينتج وابلًا من الجسيمات المشحونة التي تولد موجات الراديو. وللكشف عن موجات الراديو هذه، اقترح العلماء أجهزة كشف مثل تجربة GRAND الضخمة، والتي ستستخدم إجمالي 200,000 هوائي مقسمة إلى 20 مصفوفة منفصلة حول العالم.
ونظرًا للمهمة الهائلة التي يتطلبها بناء هذا النوع من الكاشفات، "خطر لي أنه سيكون من الرائع لو كانت الهوائيات موجودة بالفعل"، كما يقول بروهيرا، من جامعة كانساس في لورانس. وأظهرت الأبحاث السابقة أن الأشجار يمكنها التقاط موجات الراديو. سيتطلب اكتشاف موجات الراديو تثبيت سلك في كل شجرة أو لف ملف من الأسلاك حول جذع كل شجرة وتوصيلها بالإلكترونيات لقراءة الإشارات.
يعترف بروهيرا بأنه لا تزال هناك العديد من الأسئلة التي تحتاج إلى إجابة لتحديد ما إذا كانت هذه التقنية معقولة أم لا. سيحتاج العلماء إلى دراسة كيفية أداء الأشجار لموجات الراديو عالية التردد، وهو النطاق الذي تعمل فيه أجهزة كشف النيوترينو من هذا النوع. ويمكن بناء هوائيات الراديو التقليدية بدقة، مما يسمح بفهم تفصيلي لكيفية استجابتها لأنواع مختلفة من إشارات الراديو. الأشجار، بالطبع، لا يمكن أن تكون كذلك. على سبيل المثال، ليس من الواضح كيف ستستجيب الأشجار لاستقطاب موجات الراديو، واتجاه اهتزازاتها. بالإضافة إلى ذلك، يجب دراسة تأثير أوراق الشجر، والتساقط الموسمي للأوراق، بالنسبة للغابات النفضية.
على الرغم من أن الفكرة ملهمة، كما يقول الفيزيائي إريك أوبرلا من جامعة شيكاغو، "فمن غير الواضح ما إذا كانت استبدال الهوائيات المصنعة بالأشجار سيحل مشاكل أكثر مما قد يخلقها، وستحتاج تحديات تصميم الكاشف هذه إلى مزيد من المعالجة".
ويجب أيضًا فهم أي تأثير قد يحدثه الكاشف على الغابة. كتب بروهيرا في ورقته البحثية: «مثل هذا الكاشف يجب أن يُبنى بالتناغم مع الطبيعة واحترامها؛ وإلا فإن هذه الفكرة لا تستحق المحاولة.
المصدر: