Geoneutrinos kan onthullen hoeveel brandstof de aarde in de tank heeft achtergelaten

Onze planeet haalt veel energie uit de zon, maar sommige van de meest cruciale natuurlijke fenomenen van de aarde - zoals platentektoniek en het magnetisch veld - vertrouwen op brandstof die diep in het binnenste van de aarde is opgeslagen. En hoewel geologen al lang hebben geschat hoeveel van die brandstof er nog over is om onze planeet draaiende te houden, is de realiteit dat we eigenlijk geen echt idee hebben hoeveel we nog hebben. Maar nu, dankzij een serieus handig experiment met antineutrino's, kunnen we binnen tien jaar een antwoord hebben.

Wanneer we praten over de brandstof van de planeet, hebben we het niet over fossiele brandstoffen of andere materialen die mensen extraheren en verbranden voor energie. In plaats daarvan hebben we te maken met iets veel fundamenteler, een mix van oorspronkelijke energie van de aardse formatie en nucleaire energie die wordt gegenereerd door het verval van radioactieve elementen. Weten hoeveel de aarde heeft verlaten, zullen basisvragen over hoe onze planeet werkt verhelderen.

"We kunnen een eenvoudig perspectief hebben - we moeten weten of we 'leeglopen' of we hebben genoeg brandstof om de motor van de aarde te besturen, 'William McDonough, een geoloog aan de Universiteit van Maryland en een deel van de onderzoekers die op zoek zijn naar meet de brandstoftoevoer van de aarde, vertelde omgekeerde. "Ongeveer 150 jaar geleden vroegen mensen zich af hoe lang de zon schijnt. Dit leidde tot vragen over de details van het glanzende proces (d.w.z. nucleaire verbranding in de kern van de zon). Het leidde ook tot soortgelijke fundamentele curiositeiten over de aarde."

De feitelijke methode die hierbij betrokken is, is uiterst kieskeurig. Het plan is om deeltjes genaamd geoneutrinos te meten, een speciaal soort antineutrino dat wordt uitgestraald door het verval van radioactieve elementen zoals uranium en thorium. Wanneer die geoneutrinos botsen met een waterstofatoom in een detector, kunnen de onderzoekers met een veelbetekenende handtekening alle gebeurtenissen verzamelen en de snelheid van radioactief verval binnen de aarde schatten, waardoor ze op hun beurt de brandstoftoevoer naar de aarde kunnen inschatten.

"Nergens gedetecteerde evenementen per jaar was mijn leven vóór 2005."

Dat is allemaal goed en wel, maar subatomaire deeltjes die zo klein en zwak interacteren als geoneutrinos worden niet gemakkelijk opgemerkt. Je hebt een detector ter grootte van een klein gebouw nodig, ondergronds begraven om het te beschermen tegen kosmische neutrino's die de metingen zouden verpesten. Zelfs dan, we gemiddeld slechts 16 waarnemingen per jaar met huidige detectoren. Nogmaals, kieskeurig tot in het extreme, en zelfs 16 per jaar is een verbetering van hoe de dingen vroeger waren.

"Nergens gedetecteerde gebeurtenissen per jaar waren mijn leven vóór 2005", aldus McDonough. Maar het aantal staat op het punt groot te springen, omdat drie enorme nieuwe detectors in China en Canada naar verwachting het aantal jaarlijkse detecties boven de 500 zullen opdrijven. Een paar jaar aan gegevens zou mogelijk duizenden datapunten betekenen, meer dan genoeg voor onderzoekers om vertrouwen te krijgen in de snelheid van thorium en uraniumverval. "Deze experimenten duren een decennium of tientallen jaren en daarom verhogen we ons aantal observaties met 1000+ elke twee jaar! Dat is wat telt."

Dit is het soort ding dat, eenmaal ontdekt, we het verbazingwekkend zullen vinden dat we het nooit in de eerste plaats wisten

Er is veel goede fundamentele wetenschap die hier moet worden gedaan, omdat McDonough en zijn collega-onderzoekers hopen grote vragen te kunnen onderzoeken over het miljard jaar durende verhaal van de aarde, hoe snel het brandt door zijn brandstof en hoeveel er nog over is. De antwoorden die de onderzoekers hopen te ontdekken, zouden ook meer onmiddellijke voordelen kunnen hebben.

"We kunnen superieure voorspellingen doen over economische hulpbronnen en waar zijn de elementen op aarde", vertelde McDonough omgekeerde. "Hoeveel uranium hebben we in de aarde om kerncentrales van energie te voorzien? Hoeveel niobium, lithium en / of lanthaan is er in de aarde? Dit zijn allemaal elementen die we gewoonlijk van deze dagen afhankelijk zijn. We gebruiken de elementen om energie te creëren, om onze laptops van stroom te voorzien, om onze GPS-chips te laten werken, om onze batterijen te maken voor onze hybride auto's."

Dat laatste voorbeeld biedt eigenlijk een goede analogie voor wat McDonough en zijn collega-onderzoekers hopen te bereiken. Hoewel het detecteren van geoneutrinos geen gemakkelijk werk is, is het zeer noodzakelijk als we willen weten hoeveel de aarde in zijn spreekwoordelijke tank heeft achtergelaten. Dat is iets fundamenteels over hoe onze planeet werkt, het soort dingen dat we, eenmaal ontdekt, geweldig vinden dat we het nooit wisten.

"Het is als een automobilist," zei McDonough. "Hij / zij kent twee belangrijke dingen over haar / zijn auto - hoeveel brandstof is er nog over en hoe snel heeft hij / zij brandstof verbruikt? Het is een eenvoudig verzoek dat we hebben over wat er in de tank van moeder Aarde zit en hoe snel hebben we het gebruikt."