木を見て木を見よ: 森林はニュートリノ検出器として使用できるでしょうか? – 物理世界

米国カンザス大学の素粒子物理学者によると、樹木は宇宙で最も大規模な出来事のいくつかに光を当てる可能性があるという。 スティーブン・プロヒラ これらの木質の物体は、森が大きな検出器アレイを形成し、ニュートリノを発見するための無線アンテナとして機能する可能性があると考えています。プロヒラ氏は、そのような検出器は人工アンテナのアレイよりも安価で導入が簡単である可能性があると主張しています（arXiv：2401.14454).

ニュートリノは物質と瞬時に相互作用するため、直接観察するのは困難です。一部の検出器は、ニュートリノが氷または液体の水と衝突したときにまれに生成されるチェレンコフ放射線を検出するために、何千もの光電子増倍管を使用します。その他、提案されたものと同様、 ニュートリノ検出用の巨大電波アレイ (GRAND) では、無線アンテナを使用して、高エネルギーニュートリノと大気中の粒子との衝突によって生成される二次粒子を検出します。

ニュートリノは非常にとらえどころがないため、検出器は広大な領域をカバーする必要があります。たとえば、GRAND では、世界中で 20 の巨大な無線アンテナ アレイが必要になり、それぞれのアンテナ アレイの面積は 10,000 平方キロメートルになります。「高エネルギー ニュートリノ検出器に関する大きな問題は、測定可能なニュートリノ束を実際に検出するのに十分な大きさの装置をどのように計測するかということです。」プロヒラ氏は、既存のインフラを利用して大規模な機器を構築する方法を考えたときに、木を無線アンテナとして使用するというアイデアを思いつきました。

ウッド、あなたはそれを信じます

木をラジオのアンテナとして使うというアイデアは新しいものではなく、1900 年代初頭にまで遡ります。しかし、この技術が注目を集めたのは、ベトナム戦争中の 1960 年代と 1970 年代に、アメリカ陸軍がジャングルでの無線信号の聞き取りやすさを向上させるために木に大きな磁気誘導コイルを巻き付けたときだけでした。その研究により、計装された樹木は製造されたアンテナよりも強力で明瞭な信号を生成することが示されました。 「文献で見つけた予備研究は非常に有望に思えました」とプロヒラ氏は述べています。

樹木は広範囲の無線周波数で機能しますが、タウニュートリノ検出器にとって関心のある周波数（無線通信に通常使用される周波数よりも高い）で樹木がどのように機能するかを調査するには、さらに多くの研究が必要であるとプロヒラ氏は考えています。研究者らはまた、樹木によって検出される電波の特性を調査し、樹木からニュートリノ信号を再構成することがいかに簡単であるかを確認する必要がある。その他の質問は、異なる樹木間の信号の均一性や、さまざまな種類や樹種のパフォーマンスに焦点を当てています。

物理学者がヨーロッパの巨大ニュートリノ施設を提案

しかし、木の美しさは、すでにその場所に存在していることです。プロヒラ氏は、森林内の木の自然な、多くの場合均一な間隔により、GRAND 実験で提案されたレイアウトと非常によく似たレイアウトの樹木アンテナのアレイを作成することが可能になるはずだと主張しています。このようなアレイが可能であれば、ガンマ線バーストや星の崩壊などの現象の研究に使用できる可能性があります。

「これは間違いなく検討する価値があります。樹木を計測するのが比較的簡単で、樹木がアンテナとしてかなりうまく機能することが判明すれば、効率的なアレイで大規模なアレイを計測できる可能性が開かれる可能性があるからです」とプロヒラ氏は述べた。と言う。しかし、彼は「森林探知機には、実行不可能にする特定の物流上の課題がある」可能性があると警告している。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/seeing-the-wood-for-the-trees-could-forests-be-used-as-neutrino-detectors/