211service.com
Kā neitrīni varētu mainīt sakarus ar zemūdenēm
Saziņa zem ūdens ir grūts bizness, kā to jums pateiks jebkurš kodolzemūdenes komandieris. Šie puiši var palikt paslēpti vairāk vai mazāk bezgalīgi, darbojoties aptuveni 300 metru dziļumā, taču sazināties ir nopietnas sāpes pakaļgalā, jo to var darīt tikai jūras virsmas tuvumā, kur zemūdenes ir visneaizsargātākās pret atklāšanu un uzbrukumu.
Tas ir tāpēc, ka radioviļņi slikti pārvietojas pa ūdeni. Tikai ārkārtīgi zemas frekvences (ELF) viļņi (ar frekvenci, kas mazāka par 100 Hz) virzās uz priekšu ūdenī. Taču tos ir grūti ražot ar lielu jaudu, un pat tad tie pieļauj tikai aptuveni 1 bitu minūtē.
Tā vietā zemūdenes kuģiem ir jāpaļaujas uz ļoti zemas frekvences (VLF) viļņiem dažu kilohercu garumā. Tie pieļauj līdz 50 bitiem sekundē, taču tie neceļas tālu pa ūdeni. Tas nozīmē, ka tos var noteikt, tikai novietojot garu radio antenu tuvu virsmai.
Tātad, kā uzlabot situāciju? Viens no ieteikumiem ir izmantot neitrīnus, lai nosūtītu informāciju. Problēma ir tāda, ka, lai gan neitrīni viegli iziet cauri ūdenim, tie iziet arī cauri visam pārējam, padarot tos gandrīz neiespējamu noteikt. Šī iemesla dēļ neitrīno komunikācija vienmēr ir uzskatīta par nesācēja.
Tagad jauna analīze liecina, ka zemūdenes, iespējams, pārāk ātri noraidīja neitrīno. Patriks Hūbers, Virdžīnijas Tech fiziķis, saka, ka neitrīno komunikācija var piedāvāt datu pārraides ātrumu līdz 100 bitiem sekundē jebkurā dziļumā. Tas ir par trim lielumiem labāk nekā ELF komunikācija.
Tātad, kas mainās, lai neitrīno komunikācija būtu praktiska? Pirmkārt, Hūbers saka, ka tā ir spēja radīt un noteikt intensīvus neitrīno starus. Fiziķi ģenerē neitrīno starus, paātrinot mionus līdz lielai enerģijai, kas pēc tam sadalās, veidojot neitrīnus, kas kustīgā atskaites rāmja dēļ ir cieši kolimēti. Neitrīno noteikšana ir vienkārši apgriezts process. Kad neitrīni mijiedarbojas ar vielu, tie rada mionus, kurus var salīdzinoši viegli noteikt.
Bet cik viegli to var izdarīt zemūdens saziņai? Hūbers saka, ka viens no intensīvākajiem neitrīno stariem tiek izmantots eksperimentā ar nosaukumu MINOS, kas sūta staru kūli no Fermi Nacionālās paātrinātāja laboratorijas Čikāgā uz 5000 metrisko tonnu smago mionu detektoru raktuvēs Minesotas ziemeļos, tālākā attālumā. vairāk nekā 700 km.
Problēma ir tāda, ka divu gadu laikā, kad darbojas MINOS, detektors ir pamanījis tikai 730 mionus. Acīmredzot ir nepieciešami uzlabojumi vismaz par sešām kārtām, saka Hūbers, nenovērtējot to par zemu.
Taču viņš uzskata, ka šāda veida uzlabojumi būs iespējami ar nākamās paaudzes mionu paātrinātājiem.
Pieņemsim viņa vārdu par to. Tad jautājums ir par to, kā atklāt šos neitrīnus zemūdenē. Šeit Hūbers ir bijis nedaudz radošāks. Viņš saka, ka būtībā ir divi veidi, kā pamanīt neitrīnus. Mēs izmantotu plānus mionu detektoru moduļus, kurus var izmantot līdzīgi kā tapetes, lai pārklātu lielāko daļu kuģa korpusa, saka Hūbers. Tas efektīvi pārvērš zemūdeni par milzīgu, cilindrisku miona detektoru, kura diametrs ir aptuveni 10 metri un garums 100 metri.
Kā tas darbotos? Viņš saka, ka mioni ienāktu vienā zemūdenes pusē un atstātu to otrā pusē. Ieejas un izejas punkti tiek izmērīti, un tādējādi miona virzienu var rekonstruēt diezgan precīzi.
Bet ir arī cits veids, kā noteikt neitrīnus: meklējiet Cerenkova gaismas starojumu, ko jūras ūdenī rada ātri kustīgi mioni. Tas ir gudri, jo tas ļauj izveidot detektoru ar izmēriem, kas ir aptuveni attālums, ko gaisma veic jūras ūdenī, apmēram četrus kilometrus. Protams, netrūkst trokšņa no bioluminiscences, saules gaismas un mēness gaismas, taču Hūbers šķiet pārliecināts, ka to visu varētu izfiltrēt.
Būtība ir tāda, ka kādu dienu zemūdenes varētu izmantot šo tehnoloģiju, lai saņemtu ziņojumus ar datu pārraides ātrumu līdz 100 bitiem sekundē.
Ir, protams, viens trūkums. Šādā veidā ziņojumus var saņemt tikai zemūdenē, nevis nosūtīt. Tas nav tas, par ko TV skatītāji ir daudz uztraucušies. Taču kodolzemūdeņu komandieriem var būt atšķirīgs viedoklis.
Atsauce: arxiv.org/abs/0909.4554 : Zemūdens neitrīno komunikācija