Waarom een ingewikkelde detector bouwen als de natuur er ook een voor je kan groeien? Zo redeneert de Amerikaanse natuurkundige Steven Prohira. Hij stelt voor om de bomen in een bos te gebruiken voor het detecteren van energierijke kosmische neutrino-deeltjes.
Neutrino’s zijn superlichte, ladingsloze deeltjes die ontstaan bij kernreacties in de zon, in kernreactoren op aarde en bij heftige gebeurtenissen in het verre heelal, zoals wanneer sterren botsen of hun leven eindigen in een supernova. Neutrino’s zijn lastig te detecteren omdat ze zich zelden bemoeien met andere materiedeeltjes. Ze zijn zo licht en interactieloos dat ze bijna ongemerkt door de aarde heen vliegen.
Gigantische detectoren
Om toch een glimp van deze spookachtige deeltjes op te vangen, bouwen natuurkundigen gigantische detectoren. Sommige daarvan bevatten duizenden lichtdetectoren die speuren naar de lichtflitsjes die ontstaan als een neutrino botst op watermoleculen in ijs of water. Andere detectoren bestaan uit tientallen tot duizenden radioantennes die de radiostraling detecteren die ontstaat als neutrino’s op moleculen in de atmosfeer botsen. Omdat die botsingen extreem zeldzaam zijn, beslaan deze detectoren enorme oppervlakken.
Gaan we buitenaards leven ontdekken op ijsmanen?
De ruimtevaartorganisaties NASA en ESA spenderen momenteel miljarden aan missies naar de ijsmanen rond de planeten Jupiter en Saturnus.
Energierijke neutrino’s die uit het verre heelal komen, zouden sterrenkundigen iets kunnen vertellen over de extreme kosmische gebeurtenissen waarbij ze ontstaan zijn. Maar de botsingen van deze energierijke spookdeeltjes met deeltjes in de atmosfeer zijn de meest zeldzame van allemaal. Om die waar te nemen, moeten natuurkundigen radioantennes verspreiden over een gebied van duizenden vierkante kilometers.
Het is niet eenvoudig om een geschikte locatie te vinden voor zo veel antennes, schrijft natuurkundige Steven Prohira, van de Universiteit van Kansas, in een artikel op de preprintwebsite ArXiv, waarin hij voorstelt om bomen te gebruiken als radioantennes. De locatie moet ver van de bewoonde omgeving zijn, zodat menselijke radiobronnen de metingen niet verstoren. Maar de plek moet ook bereikbaar genoeg zijn om deze antennes en de bijbehorende elektronica te kunnen plaatsen.
Boomantennes
Prohira stelt een oplossing voor: ‘het bos gebruiken als detector, met bomen als radioantennes’. Bomen zijn immers stevig, veerkrachtig en ze staan er al. Je hoeft ze niet te bouwen. En bomen in bossen zijn van nature dusdanig verspreid dat ze samen een goede dekking hebben van een bepaald gebied.
Je kunt van bomen relatief eenvoudig bruikbare radioantennes maken door er een spijker in te slaan en daar een metalen draad aan te hangen die het signaal doorgeeft aan een elektronische ontvanger die aan de voet van de boom staat. In plaats van de spijker, kun je ook een gewikkelde draad om de boom hangen.
Dit idee is niet helemaal nieuw. Ruim een eeuw geleden werd er al geopperd dat bomen de juist eigenschappen hebben om radiosignalen op te vangen. Halverwege de vorige eeuw werd aangetoond dat bomen inderdaad efficiënte radioantennes zijn. Dat was militair onderzoek, waarbij gekeken werd naar de mogelijkheid om bomen te gebruiken voor radiocommunicatie tijdens missies op afgelegen plekken.
Bosbescherming
Voordat een bos omgetoverd kan worden tot neutrinodetector is er wel meer onderzoek nodig, schrijft Prohira. Allereerst moet gekeken worden of bomen geschikt zijn voor de radiostraling die energierijke neutrino’s produceren. Die radiosignalen hebben namelijk een hogere frequentie dan de onderzochte radiocommunicatie. Ook zullen onderzoekers moeten kijken of verschillend gevormde bomen in een bos een voldoende vergelijkbare meting opleveren.
Tenslotte benadrukt Prohira dat als het idee uitgevoerd wordt, het belangrijk is dat de onderzoekers de grootst mogelijke zorg besteden aan het beschermen en onderhouden van het bos dat ze gebruiken. ‘Zo’n detector moet worden gebouwd in harmonie met en met respect voor de natuur; anders is dit idee het proberen niet waard.’
