森林或可充当中微子探测器

2024-03-11 12:14:23 来源：科技日报

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据美国《科学新闻》双周刊网站3月6日报道，中微子探测器不会长在树上。是这样吗？一名物理学家提出，有朝一日，森林或许可以用来发现超高能中微子。

堪萨斯大学的天体粒子物理学家史蒂文·普罗希拉在1月25日提交给阿奇夫论文预印本网站的一篇论文中提出，树木可以充当天然天线，接收由难以探测的亚原子粒子的某些相互作用所产生的无线电波。

未参与这项研究的俄亥俄州立大学物理学家埃米·康诺利说：“这是一个非常令人兴奋的想法。这可能是一种就在我们眼皮底下的自然解决方案。”

发现中微子，通常需要灵敏的大型探测器。对于捕捉从太空射向地球的最稀有、能量最高的中微子来说，尤其如此。从零开始建造如此巨大的探测器非常困难。

但高能中微子物理学家以在自然环境中建造别出心裁的探测器而闻名。冰立方中微子天文台利用体积为1立方公里的南极冰块探寻中微子的相互作用，而目前正在建造的立方公里中微子望远镜KM3NeT将在地中海进行探寻。这些探测器具有足够大的体积，可以捕捉到罕见的高能中微子。

为了研究能量更高的中微子，科学家的目标是发现一种特殊的中微子——tau中微子。当这种中微子经过地球内部时会发生相互作用，产生名为tau轻子的粒子。如果这种tau轻子从地面逃逸到地球大气层，它的衰变会产生带电粒子雨，从而产生无线电波。

为探测这些无线电波，科学家设计了一些探测器，例如大型中微子探测阵列（GRAND）实验，它将使用总共20万根天线，在世界各地分布成20个独立阵列。

普罗希拉说：“考虑到建造这种探测器所涉及的巨大工程，我突然意识到，如果天线已经存在，那就太好了。”此前的研究表明，树木可以接收无线电波。探测这些无线电波，需要在每棵树上钉一根电线，或者在每棵树的树干上缠绕一圈电线，然后将其连接到电子设备上读取信号。

普罗希拉承认，要确定这种技术是否可行，还需要解决许多问题。

科学家需要研究树木接收超高频无线电波的表现，此类中微子探测器就是在超高频无线电波范围内工作的。传统的无线电天线可以精确地建造，以详细了解它们如何对不同类型的无线电信号做出反应。当然，树木就没法这样了。比如，目前还不清楚树木会如何对无线电波的极化及其摆动方向做出反应。另外，树叶的影响以及落叶林季节性落叶的影响也需要研究。

芝加哥大学的物理学家埃里克·奥伯拉说，虽然这个想法很有启发性，但“目前还不清楚用树木取代人造天线是否能解决而非产生更多的问题。这些探测器设计上的挑战也需要进一步解决”。

科学家还需要了解探测器对森林的影响。

普罗希拉在论文中写道：“这样的探测器必须与大自然和谐共处，尊重大自然；否则，这个想法就不值得尝试。”