Foreste potrebbero fungere da enormi rivelatori di neutrini

I rilevatori di neutrini non crescono sugli alberi. O forse sì? Un fisico propone che un giorno le foreste potrebbero essere utilizzate per individuare neutrini ad altissima energia.

Gli alberi potrebbero agire come antenne naturali che captano onde radio prodotte da certe interazioni delle particelle subatomiche difficili da rilevare, propone il fisico astroparticellare Steven Prohira in un articolo inviato il 25 gennaio su arXiv.org.

“È un'idea molto eccitante”, dice il fisico Amy Connolly dell'Università dello Stato dell'Ohio a Columbus, che non ha partecipato allo studio. “Questo potrebbe essere... una soluzione naturale che potrebbe essere stata lì sotto il nostro naso.”

I neutrini richiedono tipicamente grandi e sensibili rilevatori. Questo è particolarmente vero per i rilevatori progettati per catturare i neutrini più rari e ad alta energia che cadono sulla Terra dallo spazio. Costruire tali enormi rilevatori da zero è un ostacolo significativo.

Ma i fisici dei neutrini ad alta energia sono noti per costruire inventivi rilevatori in ambienti naturali. L'Osservatorio di Neutrini IceCube cerca interazioni di neutrini utilizzando un chilometro cubo di ghiaccio antartico, e il Telescopio di Neutrini Chilometrico Cubico, KM3NeT, attualmente in costruzione, cercherà neutrini che interagiscono nel Mar Mediterraneo. Questi rilevatori hanno volumi sufficientemente grandi da rendere possibile catturare rari neutrini ad alta energia.

Per studiare neutrini di energie ancora più alte, gli scienziati mirano a individuare una particolare varietà di neutrino, chiamata neutrino tau. Quando un tale neutrino passa all'interno della Terra, può interagire e produrre una particella chiamata leptone tau. Se quel leptone tau scappa dal terreno nell'atmosfera terrestre, il suo decadimento può produrre una cascata di particelle cariche che generano onde radio. Per rilevare queste onde radio, gli scienziati hanno proposto rilevatori come l'enorme esperimento GRAND, che utilizzerebbe un totale di 200.000 antenne divise in 20 array separati in tutto il mondo.

Dato l'enorme impegno richiesto per costruire quel tipo di rilevatore, “mi è venuto in mente che sarebbe stato interessante se le antenne fossero già lì”, dice Prohira, dell'Università del Kansas a Lawrence. Ricerche precedenti avevano dimostrato che gli alberi possono captare onde radio. Rilevare queste onde radio richiederebbe inchiodare un filo in ogni albero o avvolgere una bobina di filo attorno al tronco di ogni albero e collegarla all'elettronica per leggere i segnali.

Restano molte domande da rispondere per determinare se la tecnica è plausibile, ammette Prohira. Gli scienziati dovrebbero studiare come gli alberi si comportano con onde radio ad altissima frequenza, la gamma in cui operano i rilevatori di neutrini di questo tipo. E le antenne radio tradizionali possono essere costruite con precisione, consentendo una comprensione dettagliata di come rispondano a diversi tipi di segnali radio. Gli alberi, naturalmente, non possono. Ad esempio, non è chiaro come gli alberi risponderebbero alla polarizzazione delle onde radio, l'orientamento dei loro movimenti. Inoltre, l'effetto della vegetazione e, per le foreste decidue, la caduta stagionale delle foglie, deve essere indagato.

Sebbene l'idea sia ispiratrice, dice il fisico Eric Oberla dell'Università di Chicago, “non è chiaro se sostituire le antenne fabbricate con gli alberi risolverà più problemi di quanti ne possa creare, e queste sfide di progettazione del rilevatore dovrebbero essere affrontate in modo più approfondito.”

Bisognerebbe anche capire qualsiasi impatto che il rilevatore potrebbe avere sulla foresta. “Tale rilevatore”, scrive Prohira nell'articolo, “deve essere costruito in armonia con, e con rispetto per, la natura; altrimenti, questa idea non vale la pena di provarla.”