Natuur- en sterrenkundigen bedenken de gekste dingen bij hun pogingen om de kosmos beter te begrijpen. In deze rubriek elke maand een mooi voorbeeld. Ditmaal: kunnen we bomen gebruiken om deeltjes uit het heelal te spotten?

Wil je neutrino’s meten, dan kom je er niet met een apparaat dat op je keukentafel past. Deze extreem lichte deeltjes zijn namelijk bizar moeilijk te ‘zien’. Het overgrote deel van de neutrino’s die de aarde uit het heelal bereiken, schiet ongehinderd door onze hele planeet heen.

Maar heel af en toe knalt zo’n neutrino op een atoomkern met een meetbaar signaaltje tot gevolg. En dus moet je neutrinodetector enorm zijn. Zodat ie zóveel atoomkernen bevat, dat er met enige regelmaat érgens een neutrinobotsing plaatsvindt.

En enorm, dat zijn neutrino-experimenten. Neem IceCube, dat met duizenden detectors een kubieke kilometer aan Zuidpoolijs in de gaten houdt. Of KM3NeT, dat een vergelijkbare hoeveelheid Middellandse Zee-water bestudeert.

Probleem is alleen: als we de zeldzaamste neutrino’s willen opmerken, is ook enorm niet meer groot genoeg. In een kubieke kilometer aan materie vindt dan gemiddeld maar één botsing per decennium plaats – en dat is wel erg karig.

Maar ja, er zit een grens aan hoeveel ijs of water je vol detectors kunt hangen voordat de kosten écht de pan uit rijzen. Daarom bedacht experimenteel astrodeeltjesfysicus Steven Prohira van de Universiteit van Kansas in de VS een eenvoudiger alternatief: gebruik bomen als neutrinodetectors.

Eh, bomen? Jawel – want bomen zijn op zich heel aardige antennes voor radiostraling, schrijft Prohira in een onlangs online geplaatst artikel. En radiostraling kan je op het spoor brengen van neutrino’s met ultrahoge energieën, die maar heel af en toe uit het heelal op ons neerdalen.

Meer van Far Out:

• Zit er een oeroud zwart gat in het binnenste van de zon?
• Kan donkere materie samenklonteren tot donkere atomen?

200.000 antennes

Hoe kan een boom dan een neutrino opmerken? Nou, via een omweg. Het idee is dat een neutrino uit het heelal in de aarde op een atoomkern botst. Daarbij kan dan een zogenoemd tau-deeltje ontstaan: een zwaardere broer van de elektronen die rond elke atoomkern zwermen.

Met wat geluk schiet zo’n tau-deeltje vervolgens door het aardoppervlak omhoog, de atmosfeer in. Daar vervalt het dan naar andere deeltjes, waarbij ook radiostraling ontstaat. En die radiostraling zouden naburige bomen dus kunnen oppikken.

Normaal gesproken heb je daar niets aan, zegt natuurkundige Maarten de Jong van de Universiteit Leiden, niet betrokken bij de studie. “Als een boom radiostraling opvangt, verdwijnt die via de takken en de stam de aarde in.”

Maar, zo schrijft Prohira: als je bijvoorbeeld in zo’n boom een spijker slaat die met een stroomdraad is verbonden, of een stroomdraad om de stam wikkelt, kun je een opgepikt radiosignaal registreren. Dat biedt volgens Prohira perspectieven. “Bomen kunnen een stootje hebben en staan er al, in bossen. Je hoeft dus niet zelf grote hoeveelheden robuuste kunstmatige antennes te bouwen en neer te zetten.”

En grote hoeveelheden, daar heb je het bij dit soort metingen wel over. Neem de plannen voor de Giant Radio Array for Neutrino Detection (GRAND), die in de loop van het volgende decennium moet worden gebouwd. Die bestaat uit circa 200.000 antennes, die samen zo’n 200.000 vierkante kilometer aan grondoppervlak in de gaten gaan houden. Stel dat je bestaande bomen de rol zou kunnen laten spelen van zulke aantallen antennes, dan scheelt dat natuurlijk flink in de kosten.

Handige natuur

“Eerlijk gezegd dacht ik van tevoren: wat een onzin”, zegt De Jong. “Maar nu ik het artikel van Prohira heb gelezen, moet ik zeggen dat ik het een heel leuk idee vind.” Een idee dat in zekere zin aansluit bij wat er nu al gebeurt, vervolgt de natuurkundige.

“We maken al heel vaak gebruik van de natuur om dingen te meten die vanuit het heelal op ons afkomen. Bij KM3NeT kijken we naar het water in de diepzee, bij IceCube naar het ijs op de Zuidpool. Zo’n grote detector wordt onbetaalbaar als je niet op de een of andere manier de natuur handig weet in te zetten.”

Of bossen ook zo’n manier vormen? Dat zal moeten blijken. Prohira somt de belangrijkste onzekerheden op: “Hoe efficiënt zijn bomen in het oppikken van de frequenties waar het om gaat bij neutrinodetecties? Hoeveel lijken de bomen in een bos op elkaar? En zijn sommige soorten geschikter dan andere?” Prohira verwacht bijvoorbeeld dat coniferen het beter zullen doen dan bladverliezende bomen. “Coniferen houden het hele jaar hun naalden, dus variëren ze minder van seizoen tot seizoen.”

Op het moment is Prohira bezig met experimenten die moeten laten zien dat het idee in principe werkt. Daarbij zal hij naar verwachting niet zomaar wat spijkers in bomen slaan, om te kijken of hij zo de beoogde radiosignalen kan oppikken. “Ik spoor experimentatoren met klem aan om de bossen te beschermen en te onderhouden die ze van apparatuur voorzien, en geen schade toe te brengen aan deze waardevolle en kwetsbare hulpbron die alle wezens op aarde met elkaar moeten delen”, schrijft hij namelijk in zijn artikel.

“Een dergelijke detector moet worden gebouwd in harmonie met, en met respect voor, de natuur. Anders is dit idee het proberen niet waard.” Waarvan akte.

Jean-Paul Keulen is wetenschapsjournalist gespecialiseerd in natuur- en sterrenkunde. Voor deze rubriek raadpleegde hij onder meer de volgende literatuur: Steven Prohira: The Forest as a Neutrino Detector, ArXiv.org.

Deze Far Out staat ook in KIJK 4/2024. Bestel deze editie in onze webshop, of eenvoudig via de knop hieronder.

Openingsbeeld: Alexander Igrevsky/Pexel