El Giant Radio Array for Neutrino Detection ( GRAND ) es un detector propuesto a gran escala diseñado para recolectar partículas cósmicas de energía ultra alta como rayos cósmicos , neutrinos y fotones con energías superiores a 10 17 eV . Este proyecto tiene como objetivo resolver el misterio de su origen y las primeras etapas del propio universo. La propuesta, formulada por un grupo internacional de investigadores, exige que se coloquen una serie de 200.000 receptores en cadenas montañosas de todo el mundo.
Nombres alternativos | GRANDIOSO ![]() |
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Estilo telescopio | radiotelescopio detector de neutrinos![]() |
Sitio web | grand ![]() |
Descripción general
El detector GRAND buscaría neutrinos , partículas exóticas emitidas por algunos y los agujeros negros en el centro de las galaxias. Estos neutrinos podrían ayudar a los astrónomos a encontrar la fuente de otras partículas energéticas llamadas rayos cósmicos de energía ultra alta . Cuando los neutrinos llegan a la Tierra, a menudo chocan con partículas en el aire o en el suelo, creando lluvias de partículas secundarias. Estas partículas secundarias pueden ser captadas por las antenas de radio, lo que permite a los investigadores calcular la trayectoria de los neutrinos iniciales y rastrearlos hasta su origen. [1] [2] El concepto se publicó por primera vez en 2017. [3]
La matriz de detectores de radio gigante comprendería 200,000 antenas de bajo costo en grupos de 10,000 distribuidas en casi 200,000 km 2 (80,000 millas cuadradas) en diferentes lugares del mundo. [2] Esto lo convertiría en el detector más grande del mundo. La construcción, instalación y conexión en red de las 200.000 antenas costaría aproximadamente $ 226 millones, [1] excluyendo el precio de alquiler de la tierra y la mano de obra. [4]
Principio
La estrategia de GRAND es detectar la emisión de radio proveniente de lluvias de partículas que se desarrollan en la atmósfera terrestre como resultado de la interacción de rayos cósmicos, rayos gamma y neutrinos de energía ultra alta (UHE). [5] Neutrinos tau astrofísicos (
ν
τ) puede detectarse a través de amplias lluvias de aire (EAS) inducidas por tau (
τ-
) decae en la atmósfera. [3] La tau de corta duración en la atmósfera genera un EAS que emite emisiones electromagnéticas medibles hasta frecuencias de cientos de MHz . [3] Está previsto que las antenas funcionen en la banda de 60-200 MHz para evitar el ruido de fondo de onda corta en las frecuencias más bajas. [3]
Cada antena individual es un diseño simple de pajarita , con 3 arcos perpendiculares con un brazo vertical adicional para muestrear las tres direcciones de polarización . [5] Cada antena está montada en un solo poste de 5 metros de altura, y cada antena en la cuadrícula está espaciada a 1 km dentro de una cuadrícula. Si se construye el conjunto completo de 200.000 antenas, GRAND alcanzaría una sensibilidad de todos los tipos de 4 x10 −10 GeV cm −2 s −1 sr −1 por encima de 5 x10 17 eV. Debido a su resolución angular de subgrado, GRAND también buscará fuentes puntuales de neutrinos UHE, estables y transitorios, potencialmente iniciando la astronomía de neutrinos UHE, permitiendo el descubrimiento y seguimiento de un gran número de transitorios de radio, ráfagas de radio rápidas , gigantes pulsos de radio, y para estudios precisos de la época de reionización . [5]
Los investigadores estiman que GRAND podría permitir no solo la detección de neutrinos, sino que también podría permitir una diferenciación de los tipos de fuentes, como cúmulos de galaxias con fuentes centrales, púlsares recién nacidos de giro rápido , núcleos galácticos activos y resplandores de estallidos de rayos gamma. . [3]
Estado
Se están realizando trabajos experimentales y de simulación sobre el desarrollo tecnológico y las estrategias de rechazo de antecedentes. La fase uno se llama GRANDProto35, que incluye 35 antenas y 24 centelleadores , desplegados en las montañas de Tian Shan en China. [3] Si se observa un pulso simultáneamente en las señales de tres o más centelleadores, las señales se registran. A octubre de 2018, GRANDProto35 se encuentra en fase de puesta en servicio. [5] Hasta ahora, el sistema alcanza una eficiencia de detección del 100% para velocidades de activación de hasta 20 kHz.
El siguiente paso está planeado para 2020, y es una configuración dedicada llamada GRANDProto300 dentro de un área de 300 km 2 . [3] El diseño de la línea de base es una cuadrícula cuadrada con un espacio entre antenas de 1 km, al igual que para las etapas posteriores. Debido a que GRANDProto300 no será lo suficientemente grande para detectar neutrinos cosmogénicos, la viabilidad se probará utilizando en su lugar amplias lluvias de aire iniciadas por rayos cósmicos muy inclinados, brindando así una oportunidad para hacer ciencia de rayos cósmicos. [5] El sitio estaría alojado en las provincias chinas de XinJiang, Mongolia Interior, Yunnan y Gansu. [5] Si se financian, las fases posteriores construirían GRAND10k en 2025 y, finalmente, GRAND200k (200.000 receptores) en la década de 2030. [5]
Ver también
- Astronomía de alta energía
- Lista de experimentos con neutrinos
- Astronomía de mensajeros múltiples
- Astronomía de neutrinos
Referencias
- ↑ a b Ryan F. Mandelbaum (31 de octubre de 2018). "Los astrónomos proponen un nuevo y enorme sistema de telescopio para comprender las partículas más energéticas jamás detectadas" . Gizmodo .
- ^ a b Avery Thompson (31 de octubre de 2018). "Los científicos quieren construir un telescopio del tamaño de Nebraska" . Mecánica popular .
- ^ a b c d e f g Fang, Ke; Álvarez-Muñiz, Jaime; Rafael Alves Batista; et al. (2017). "La matriz de radio gigante para la detección de neutrinos (GRAND): presente y perspectivas". Actas de la 35a Conferencia Internacional de Rayos Cósmicos - PoS (CICR2017) . pag. 996. arXiv : 1708.05128 . doi : 10.22323 / 1.301.0996 .
- ^ GRAND - Sitio de inicio: Preguntas frecuentes .
- ^ a b c d e f g Fang, Ke; Álvarez-Muñiz, Jaime; Rafael Alves Batista; et al. (GRAND Colaboración) (2020). "La matriz de radio gigante para la detección de neutrinos (GRAND): ciencia y diseño". Science China Física, Mecánica y Astronomía . 63 . arXiv : 1810.09994 . doi : 10.1007 / s11433-018-9385-7 .