Gigantesco rilevatore di neutrini GRAND getterà luce sui misteriosi raggi cosmici ad altissima energia

Il gigantesco rilevatore di neutrini Giant Radio Array for Neutrino Detection (GRAND) è in fase di costruzione e nuovi aggiornamenti arrivano di tanto in tanto relativi ai vari array di antenne che gli ingegneri stanno costruendo nel mondo, array che poi un giorno saranno uniti insieme.
Questo nuovo rilevatore tenterà di catturare queste inafferrabili particelle che percorrono il cosmo in lungo e in largo senza essere intercettate quasi da nulla. Queste particelle elementari hanno proprietà uniche: sono leggere, elettricamente neutri e non interagiscono con la materia o i fotoni. Sono le proprietà perfette per l’inafferrabilità. Possono raggiungere la Terra, e attraversarla, anche da distanze enormi.

Raggi cosmici ad altissima energia

Si pensa che i neutrini si sviluppino dei cosiddetti raggi cosmici ad altissima energia (UHECR). Si tratta di raggi di particelle cariche elettricamente (protoni e nuclei atomici) di origine extraterrestre che vantano un livello energetico milioni di volte più alti di quelli del Large Hadron Collider.
Si pensa che gli stessi UHECR si sviluppino a loro volta in buchi neri supermassicci attivi o durante le supernovae situate al di fuori della via Lattea, molto lontani da noi, nelle estreme parti dell’universo osservabile. Anche per questa distanza, finora nessuna fonte di UHECR è stata individuata.

C’è un altro motivo, in ogni caso, per il quale è difficile individuare gli UHECR: essendo caricati elettricamente sono piegati dai campi magnetici che si trovano nello spazio intergalattico o anche all’interno della stessa via Lattea. Questo significa che la direzione da cui arrivano sul nostro pianeta non indica la loro origine.
Inoltre, entrando contatto con i campi fotonici, sostanzialmente con la luce, perdono quantità significative di energia e ciò rende ancor più difficile capire da dove provengano.

Neutrini come sottoprodotto degli UHECR

Le interazioni degli UHECR con i fotoni, poi, generano, come sottoprodotto ad altissima energia, i neutrini. I neutrini sembrano non essere piegati dai campi magnetici, così come lo sono gli UHECR, e non sembrano essere distrutti o perdere energia quando interagiscono con la luce. Ad oggi i neutrini sembrano l’unico modo possibile per studiare i misteriosi raggi cosmici ad altissima energia.
Tuttavia anche rilevare i neutrini prodotti nelle interazioni degli UHECR (neutrini cosmogenici) si rivela altrettanto difficile in quanto c’è bisogno di rilevatori di neutrini precisi, efficienti e grandi.

Giant Radio Array for Neutrino Detection

GRAND è proprio uno di questi ed è stato progettato proprio per affrontare questa sfida. Invece di costruire un singolo rilevatore, i tecnici hanno però pensato di costruire un array di varie antenne, posizionate su zone sopraelevate in tutto il mondo, che dovrebbe arrivare a coprire un’area totale di 200.000 km quadrati.
Il rilevatore sarà sensibile anche ai segnali radio creati dai raggi cosmici e dai raggi gamma ad altissima energia e ciò lo renderà un osservatore versatile adatto non solo per rilevare i neutrini.

GRANDProto300

Naturalmente si tratta di una costruzione che comporterà sfide enormi ma gli ingegneri stanno andando per fasi ed ogni fase vede la costruzione di “piccoli” array che poi saranno in futuro uniti per formare il gigantesco array di 200.000 del GRAND.
Ad esempio uno di questi array è il GRANDProto300, una rete di 300 antenne in costruzione nella provincia cinese di QingHai. Questo array già da solo sarà abbastanza sensibile affinché si possano ottenere diverse informazioni riguardanti i raggi cosmici.

GRAND10k

Tra circa cinque anni dovrebbero iniziare la costruzione di GRAND10k, un altro stadio che vedrà un array di 10.000 antenne. La fase finale vedrà poi l’unione dei vari array in una rete globale di 200.000 antenne posizionate un po’ in tutto il mondo. Il progetto dovrebbe essere completato entro la fine degli anni 2030.

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