می‌توان از آشکارسازهای نوترینو به عنوان برخورددهنده‌های غول‌پیکر ذرات استفاده کرد
ساخت برخورددهنده‌های ذرات روی زمین محدودیت‌هایی دارد، چه به دلیل کمبود فضا و چه به خاطر مسائل اقتصادی. از آنجایی که اندازه در برخورددهنده‌های ذرات معادل خروجی انرژی است، این محدودیت به معنای آن است که نمی‌توانیم آن‌ها را به انرژی‌های بسیار بالا برسانیم. و باز هم، از آنجا که برای آزمایش نظریه‌هایی که فراتر از مدل استاندارد (BSM) فیزیک ذرات هستند، به انرژی‌های بالا نیاز داریم، این یعنی تا زمانی که برخورددهنده‌ای به اندازه کافی بزرگ نسازیم، در اعتباربخشی به این نظریه‌ها محدود خواهیم بود.
اما تیمی از دانشمندان به سرپرستی یانگ بای از دانشگاه ویسکانسین ایده بهتری دارند: استفاده از آشکارسازهای نوترینوی موجود به عنوان یک برخورددهنده ذرات در مقیاس بزرگ که می‌تواند به انرژی‌هایی بسیار فراتر از توانایی ال‌اچ‌سی برسد. یافته‌های این تحقیق در سرور پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است.
نوترینوها به خاطر تعامل بسیار ضعیف‌شان با مواد معروفند؛ تریلیون‌ها نوترینو در حال عبور از بدن شما هستند در حالی که این جمله را می‌خوانید. با این حال، اگر مقدار کافی ماده در مسیرشان قرار گیرد، در نهایت تعدادی از آن‌ها مستقیماً با پروتون یا الکترون برخورد می‌کنند. پاشش ذرات حاصل از این برخورد – که معمولاً سریع‌تر از نور در محیطی که نوترینو به آن اصابت می‌کند حرکت می‌کنند – نوری به نام تابش چرنکوف تولید می‌کند. اما آنچه واقعاً باعث تابش چرنکوف می‌شود، ذراتی هستند که در اصل از یک برخورددهنده ذرات غول‌پیکر به وجود می‌آیند.
ما از قبل آشکارسازهای نوترینو را از بلوک‌های عظیم یخ یا مخازن بزرگ آب می‌سازیم. در آشکارسازهای سنتی، این مناطق وسیع از مواد شفاف با آشکارسازهای فوتونی احاطه شده‌اند که هر گونه تابش چرنکوف پراکنده را صرفاً به عنوان منبع فوتون‌ها جمع‌آوری می‌کنند. پروژه‌هایی مانند آیس‌کیوب در جنوبگان، کی‌ام۳نت در دریای مدیترانه، و بایکال-جی‌وی در دریاچه بایکال – نه به ذکر یکی از قدرتمندترین‌های آن، جونو، در جیانگمن چین که تازه در حال راه‌اندازی است – با تمرکز بر تشخیص این نور طراحی شده‌اند. اما دکتر بای و همکارانش معتقدند می‌توان کارهای بیشتری انجام داد.
آن‌ها پیشنهاد می‌کنند از این آزمایشگاه‌های عظیم به عنوان برخورددهنده نوترینوی بزرگ (LvC – v نماد نوترینو در فیزیک ذرات است) استفاده شود. در این آشکارسازها، دو نوع رویداد تعامل نوترینو وجود دارد: «ردپاها» و «بارش‌ها». مقاله بر رویدادهای «ردپا» تمرکز دارد که زمانی رخ می‌دهند که نوترینو با یک میون تعامل کند و ردپاهای روشنی از نور ایجاد کند که به راحتی قابل تحلیل است. از سوی دیگر، «بارش‌ها» ناشی از انواع دیگر واکنش‌ها هستند و به صورت انفجارهای کروی نور ظاهر می‌شوند که تحلیل آن‌ها بسیار دشوارتر است.
مهم اینجاست که بسیاری از رویدادهای ردپا توسط نوترینوهای فوق‌پر انرژی ایجاد می‌شوند که می‌توانند انرژی‌هایی تا ۲۲۰ پتای الکترون‌ولت آزاد کنند، مانند یکی که اخیراً در کی‌ام۳نت شناسایی شد. این مقدار تقریباً ۱۶۰۰۰ برابر انرژی بیشتری است که ال‌اچ‌سی در حال حاضر با برخوردهایش تولید می‌کند.
عملکرد در این حوزه انرژی بالا به فیزیکدانان اجازه می‌دهد تا ذرات جدیدی فراتر از مدل استاندارد را ببینند. به ویژه، نوعی ذره به نام لپتوگلوئون وجود دارد که مانند گلوئون‌ها «رنگی» هستند، اما با لپتون‌ها هم تعامل دارند و بخشی از مدل‌های «ترکیبی» هستند که نظریه می‌سازند لپتون‌ها و گلوئون‌ها از ماده یکسانی ساخته شده‌اند. این‌ها هدف ایدئالی هستند، زیرا از نظر نظری بسیار سنگین‌اند، اما می‌توان آن‌ها را با LvC – به ویژه نسخه‌های بزرگ‌تر که ممکن است به زودی فعال شوند – بسیار مؤثر شناسایی کرد.
متأسفانه، نویسندگان محاسبه کرده‌اند که برای بسیاری از انواع دیگر تعاملات، LvC یا هم‌تراز با ال‌اچ‌سی است یا حتی از آن عقب می‌ماند. برای جستجوی لپتوکوارک‌ها – یکی از ذراتی که برخی نظریه‌های بزرگ‌وحدت پیشنهاد می‌کنند – LvC «مشابه» ال‌اچ‌سی خواهد بود، اما برای جستجوی بوزون‌های برداری سنگین جدید، حتی نمی‌تواند با ال‌اچ‌سی فعلی رقابت کند.
با همه این اوصاف، بازاستفاده از یک زیرساخت فیزیکی موجود برای انجام کارهای شناسایی جدید و جالب به نظر امیدوارکننده می‌رسد. چند نسل جدید از آشکارسازهای نوترینو وجود دارد که مساحت تشخیص را افزایش می‌دهند و در نتیجه قابلیت‌های LvC را تقویت می‌کنند. اما فعلاً هنوز در مرحله طراحی هستند.
شاید این مقاله طراحان‌شان را ترغیب کند تا در کنار آشکارسازهای فوتونی، برخی تجهیزات تشخیص ذرات را هم در نظر بگیرند تا واقعاً بهترین استفاده را از این آزمایش‌های جذاب ببرند.