Parfois en astronomie, l'acronyme d'un projet lui convient particulièrement bien. Ce serait absolument le cas pour le Giant Radio Array pour la détection des neutrinos, que les chercheurs espèrent étendre jusqu'à une taille de 200, 000 km ² dans le but de mesurer les neutrinos tau à ultra haute énergie. Est-ce ambitieux ? Oui, mais cela n'empêche pas vraiment l'humanité d'explorer quand elle le veut.

Le projet est le fruit de la GRANDE Collaboration, hébergé par le CNRS, Centre de Recherche Scientifique de France. La collaboration a déjà eu quelques ateliers, et développé une feuille de route pour atteindre leur échelle vraiment ambitieuse. Pour comprendre la feuille de route, bien que, il est d'abord utile de comprendre ce que recherche le projet.

GRAND recherchera ce que l'on appelle les neutrinos à ultra haute énergie. Ces neutrinos jouent un rôle important dans le modèle standard de la physique des particules, mais jusqu'à présent ont échappé à la détection aux niveaux d'énergie où ils sont principalement prédits. Ils peuvent provenir de deux sources. Le premier provient directement des rayons cosmiques à ultra-haute énergie (UHE), tandis que le second est lorsque les rayons cosmiques UHE interagissent avec le fond diffus cosmologique qui imprègne l'univers.

Le type spécifique de neutrino recherché par GRAND s'appelle un neutrino tau. Ceux-ci ne sont pas le résultat direct des événements de formation de neutrinos décrits ci-dessus, mais ils sont une forme subséquente des neutrinos muoniques et électroniques que ces événements créent. En tant que tel, certaines de ces particules "oscilleraient" en neutrinos tau.

La raison pour laquelle les neutrinos tau sont intéressants est qu'ils ont de grandes chances d'être détectés. Essentiellement, les scientifiques du projet s'appuieraient sur la probabilité relativement élevée que les neutrinos UHE interagissent avec la matière ordinaire. Parmi les trois types de neutrinos créés par les rayons cosmiques UHE, l'électron se coince simplement dans n'importe quelle matière ordinaire avec laquelle il interagit, tandis que le muon continue de voyager à travers la matière ordinaire. Le "sweet spot" de détection est le neutrino tau, qui interagit avec la matière ordinaire et se désintègre à environ 50 km du site d'interaction.

Le télescope GRAND peut détecter cette désintégration, et sera particulièrement bien placé pour le faire. Le terme pour la désintégration d'un tel neutrino tau est appelé "douche d'air, " dans lequel le neutrino tau est alors détectable. Mais d'abord, il doit interagir avec une forme de matière normale, et quelle meilleure masse de matière normale avons-nous que la Terre elle-même ?

L'idée d'utiliser la Terre pour créer une pluie d'air de neutrinos tau n'est pas nouvelle, mais la mise en place de nombreux réseaux en terrain montagneux pour détecter systématiquement cette désintégration est la base de ce que la GRAND Collaboration essaie de faire avec son télescope. Ils essaient d'attraper la désintégration des neutrinos tau qui ont écumé quelques kilomètres de la croûte terrestre et se désintègrent dans l'atmosphère plutôt que dans les profondeurs souterraines.

Pour effectuer cette détection, le tableau utilisera 200, 000 pièces d'équipement spécialement conçues pour le réseau terminé.

Cela ne signifie pas que le projet a l'intention de couvrir un 200, 000 km ² (trois fois la taille de la République tchèque, où ils ont récemment tenu une réunion virtuelle) dans les équipements de détection. Ils auraient simplement besoin d'une seule station de détection par km ² .

Chaque station de détection se compose d'une antenne spécialement conçue, un amplificateur, et certains matériels d'acquisition de données associés. L'équipe du projet a développé un premier prototype, mais souligner qu'ils ont un long chemin à parcourir en termes de coût et de résilience avant que leur prototype soit prêt à être pleinement déployé à 200, 000 emplacements.

C'est là qu'intervient la feuille de route de la collaboration. L'équipe a déjà reçu environ 160 K€ et réalisé un ensemble de 35 prototypes connectés. En 2020, ils se sont lancés dans un programme prototype appelé GRANDProto300 avec un financement de 1,6 € pour couvrir une distance de 300 km ² zone dans le kit prototype. Au cours des cinq à dix prochaines années, ils espèrent réduire le coût d'une antenne complète et d'un système d'acquisition de données à environ 500 $. Ce prix permettrait de financer l'ensemble du projet, avec 20 hotspots chacun avec une antenne pour chacun des 10, 000 km ² , pour un prix total de 200 millions d'euros.

Le projet GRAND est certes ambitieux, mais cela pourrait répondre à quelques questions intéressantes sur le modèle standard. L'équipe souligne même que s'ils ne détectent aucun de ces neutrinos tau en décomposition, c'est en soi une découverte révolutionnaire pour le modèle standard, et inciterait à repenser le fonctionnement de ces neutrinos.

Plus intéressant encore, si vous souhaitez repousser les limites de la physique expérimentale des particules, l'équipe recherche de nouveaux collaborateurs, et apprécieraient l'aide supplémentaire alors qu'ils atteignent leur objectif audacieux. Si rien d'autre, tout nouveau collaborateur peut être assuré qu'il travaillera avec une équipe qui sait comment marquer les projets d'astronomie.