Geoneutrinos kan avslöja hur mycket bränslejorden har kvar i tanken

Vår planet får mycket av sin energi från solen, men några av jordens mest avgörande naturfenomen - som plattekton och magnetfältet - är beroende av bränsle som lagras djupt inuti jordens inre. Och medan geologer länge har beräknat hur mycket av det bränslet som finns kvar för att hålla vår planet igång, är verkligheten att vi faktiskt inte har någon riktig uppfattning om hur mycket vi har kvar. Men nu, tack vare ett allvarligt snyggt experiment som inbegriper antineutrinos, kan vi få svar inom ett decennium.

När vi pratar om planetens bränsle, hanterar vi inte fossila bränslen eller andra material som människor extraherar och bränner för energi. Istället handlar vi om något mycket mer grundläggande, en blandning av primordial energi från jordens formation och kärnkraft som genereras av radioaktiva ämnenas förfall. Att veta hur mycket jorden har lämnat kommer att klargöra grundläggande frågor om hur vår planet fungerar.

"Vi kan ha ett enkelt perspektiv - vi måste veta om vi är" springa på tomma "eller vi har gott om bränsle för att driva jordens motor", William McDonough, en geolog vid University of Maryland och en del forskare som vill mäta jordens bränsleförsörjning, berättade Omvänd. "För ungefär 150 år sedan frågade folk hur länge solen ska skina. Detta ledde till frågor om detaljerna i den lysande processen (dvs kärnbränning i kärnan i solen). Det ledde också till liknande grundläggande nyfikenheter kring jorden."

Den faktiska metoden som är inblandad här är finaktig till det yttersta. Planen är att mäta partiklar som kallas geoneutrinos, en speciell typ av antineutrino som avges av radioaktiva ämnen som uran och thorium. När dessa geoneutrinos kolliderar med en väteatom i en detektor, gör en telltale signatur forskarna kompilera alla händelser och uppskattar frekvensen av radioaktivt sönderfall inuti jorden, vilket i sin tur skulle låta dem uppskatta jordens bränsleförsörjning.

"Noll upptäckt händelser per år var mitt liv före 2005."

Det är allt bra och bra, men subatomära partiklar som små och svaga växelverkande som geoneutrinos är inte lätt att upptäcka. Du behöver en detektor storleken på en liten byggnad begravde en mil under jord för att skydda den från kosmiska neutrinor som skulle rota upp mätningarna. Även då, vi bara genomsnittliga cirka 16 observationer varje år med nuvarande detektorer. Återigen är det extremt fin och till och med 16 om året en förbättring av hur sakerna brukade vara.

"Noll upptäckt händelser per år var mitt liv före 2005", säger McDonough. Men numret är på väg att hoppa på ett stort sätt, eftersom tre massiva nya detektorer i Kina och Kanada förväntas öka antalet årliga upptäckter över 500. Ett par års värde av data skulle innebära potentiellt tusentals datapunkter, mer än tillräckligt för att forskare börjar känna sig övertygade om graden av torium och uranförfall. "Dessa experiment varar i ett decennium eller årtionden och så ökar vi vårt antal observationer med 1000+ vartannat år! Det är det som räknas."

Det här är den sorts saker som vi en gång upptäckte finner vi fantastiska att vi aldrig visste det i första hand

Det finns mycket bra grundläggande vetenskap som görs här, eftersom McDonough och hans medforskare hoppas kunna utforska stora frågor om jordens miljardårshistoria, hur snabbt det brinner genom sitt bränsle och hur mycket kvarstår. De svar som forskarna hoppas kunna upptäcka kan också ha mer omedelbara fördelar.

"Vi kan göra överlägsna förutsägelser om ekonomiska resurser och var är elementen i jorden", sa McDonough Omvänd. "Hur mycket uran har vi i jorden för att driva kärnkraftverk? Hur mycket niob, litium och / eller lantan finns i jorden? Dessa är alla element som vi vanligtvis är beroende av idag. Vi använder elementen för att skapa energi, för att driva våra bärbara datorer, för att få våra GPS-chips att fungera, för att göra våra batterier till våra hybridbilar."

Det sista exemplet ger faktiskt en bra analogi för vad McDonough och hans forskare hoppas kunna åstadkomma. Även om det är inte lätt att upptäcka geoneutrinos är det väldigt nödvändigt om vi vill ta reda på hur mycket jorden har kvar i sin ordspråk. Det är något grundläggande om hur vår planet fungerar, den typ av sak som, en gång upptäckt, vi finner det fantastiskt att vi aldrig visste det i första hand.

"Det är som en bilförare," sa McDonough. "Han / hon känner till två viktiga saker om sin bil - hur mycket bränsle finns kvar och hur snabbt har han använt sitt bränsle. Det är en enkel förfrågan som vi har om vad som finns inom moderfartens tank och hur snabbt har vi använt det."