Kaip neutrinai gali pakeisti ryšį su povandeniniais laivais

Bendravimas po vandeniu yra sudėtingas verslas, kaip jums pasakys bet kuris branduolinio povandeninio laivo vadas. Šie vaikinai gali likti paslėpti daugiau ar mažiau neribotą laiką, veikdami maždaug 300 metrų gylyje, tačiau bendrauti yra rimtas skausmas laivagalyje, nes tai galima daryti tik netoli jūros paviršiaus, kur povandeniniai laivai yra labiausiai pažeidžiami aptikimo ir atakos.

Taip yra todėl, kad radijo bangos prastai sklinda per vandenį. Tik itin žemo dažnio (ELF) bangos (kurių dažnis mažesnis nei 100 Hz) leidžia judėti vandenyje. Tačiau juos sunku pagaminti naudojant didelę galią, ir net tada jie leidžia tik maždaug 1 bito per minutę duomenų perdavimo spartą.

Vietoj to, povandeniniai laivai turi pasikliauti labai žemo dažnio (VLF) kelių kilohercų bangomis. Jie leidžia iki 50 bitų per sekundę, bet jie toli nekeliauja per vandenį. Tai reiškia, kad juos galima aptikti tik patraukus ilgą radijo anteną arti paviršiaus.

Taigi kaip pagerinti reikalus? Vienas iš pasiūlymų – informacijai siųsti naudoti neutrinus. Problema ta, kad nors neutrinai lengvai prasiskverbia per vandenį, jie taip pat praeina per visa kita, todėl jų beveik neįmanoma aptikti. Dėl šios priežasties neutrinų komunikacija visada buvo laikoma prastu.

Dabar nauja analizė rodo, kad povandeniniai laivai galėjo per greitai atmesti neutrinus. Patrickas Huberis, Virginia Tech fizikas, teigia, kad neutrinų ryšys gali pasiūlyti iki 100 bitų per sekundę duomenų perdavimo spartą bet kuriame gylyje. Tai trimis dydžiais geriau nei ELF komunikacija.

Taigi, kas keičiasi, kad neutrinų bendravimas taptų praktiškas? Pirma, sako Huberis, yra galimybė generuoti ir aptikti intensyvius neutrinų pluoštus. Fizikai generuoja neutrinų pluoštus, pagreitindami miuonus iki didelės energijos, kurie vėliau suyra ir susidaro neutrinai, kurie dėl judančio atskaitos rėmo yra glaudžiai kolimuojami. Neutrinų aptikimas yra tiesiog atvirkštinis procesas. Kai neutrinai sąveikauja su medžiaga, jie gamina miuonus, kuriuos galima palyginti lengvai aptikti.

Bet kaip lengvai tai galima padaryti povandeniniam ryšiui? Huberis sako, kad vienas iš intensyviausių neutrinų pluoštų naudojamas eksperimente, pavadintame MINOS, kuris siunčia spindulį iš Fermi nacionalinės greitintuvo laboratorijos Čikagoje į 5000 metrinių tonų miuonų detektorių kasykloje Minesotos šiaurėje, didesniu atstumu. nei 700 km.

Bėda ta, kad per dvejus MINOS veikimo metus detektorius aptiko tik 730 miuonų. Akivaizdu, kad reikia patobulinti bent šešias eiles, sako Huberis, nė kiek nesureikšmindamas.

Tačiau jis mano, kad toks patobulinimas bus įmanomas naudojant naujos kartos miuonų greitintuvus.

Paimkime jo žodį šiuo klausimu. Tada kyla klausimas, kaip aptikti šiuos neutrinus povandeniniame laive. Čia Huberis buvo šiek tiek kūrybiškesnis. Jis sako, kad iš esmės yra du būdai aptikti neutrinus. Mes naudotume plonus miuonų detektoriaus modulius, kurie gali būti naudojami kaip tapetai, kad padengtų didžiąją laivo korpuso dalį, sako Huberis. Tai efektyviai paverčia povandeninį laivą milžinišku, cilindriniu maždaug 10 metrų skersmens ir 100 metrų ilgio miuonų detektoriumi.

Kaip tai veiktų? Jis sako, kad miuonai patektų į vieną povandeninio laivo pusę, o išliktų iš kitos pusės. Įėjimo ir išėjimo taškai yra išmatuoti, todėl miuono kryptį galima gana tiksliai atkurti.

Tačiau yra ir kitas būdas aptikti neutrinus: ieškokite Cerenkovo ​​šviesos spinduliuotės, kurią sukelia greitai judantys miuonai jūros vandenyje. Tai protinga, nes leidžia sukurti detektorių, kurio matmenys yra maždaug atstumas, kurį šviesa nukeliauja jūros vandenyje, maždaug keturis kilometrus. Žinoma, netrūksta bioliuminescencijos, saulės ir mėnulio šviesos keliamo triukšmo, tačiau Huberis atrodo įsitikinęs, kad visa tai galima išfiltruoti.

Esmė ta, kad povandeniniai laivai vieną dieną galės pasinaudoti šia technologija, kad gautų pranešimus iki 100 bitų per sekundę duomenų perdavimo sparta.

Žinoma, yra vienas trūkumas. Tokiu būdu povandeniniame laive galima tik gauti žinutes, o ne jų siųsti. Tai nėra kažkas, dėl ko televizijos žiūrovai labai nerimauja. Tačiau branduolinių povandeninių laivų vadai gali turėti kitokią nuomonę.

Nuoroda: arxiv.org/abs/0909.4554 : Povandeninis neutrinų ryšys

paslėpti