Jak neutrina mogą zrewolucjonizować komunikację z okrętami podwodnymi?

Porozumiewanie się pod wodą to trudna sprawa, jak powie każdy dowódca atomowej łodzi podwodnej. Ci faceci mogą pozostawać w ukryciu mniej więcej w nieskończoność, operując na głębokości około 300 metrów, ale komunikacja jest poważnym bólem na rufie, ponieważ można to zrobić tylko w pobliżu powierzchni morza, gdzie łodzie podwodne są najbardziej podatne na wykrycie i atak.

To dlatego, że fale radiowe nie rozchodzą się dobrze przez wodę. Tylko fale o ekstremalnie niskiej częstotliwości (ELF) (o częstotliwości mniejszej niż 100 Hz) poruszają się po wodzie. Ale są one trudne do wyprodukowania przy dużej mocy, a nawet wtedy umożliwiają przesyłanie danych z szybkością około 1 bita na minutę.

Zamiast tego okręty podwodne muszą polegać na falach o bardzo niskiej częstotliwości (VLF) rzędu kilku kiloherców. Pozwalają one do 50 bitów na sekundę, ale nie podróżują daleko przez wodę. Oznacza to, że można je wykryć tylko poprzez ciągnięcie długiej anteny radiowej blisko powierzchni.

Jak więc poprawić sprawy? Jedną z sugestii jest użycie neutrin do przesyłania informacji. Problem polega na tym, że chociaż neutrina z łatwością przechodzą przez wodę, przechodzą również przez wszystko inne, co sprawia, że ​​są prawie niemożliwe do wykrycia. Z tego powodu komunikacja neutrin zawsze była uważana za nierozpoczętą.

Teraz nowa analiza sugeruje, że okręty podwodne mogły zbyt szybko odrzucić neutrina. Patrick Huber, fizyk z Virginia Tech, mówi, że komunikacja neutrinowa może oferować szybkość transmisji danych do 100 bitów na sekundę na dowolnej głębokości. To o trzy rzędy wielkości lepsze niż komunikacja ELF.

Więc co się zmienia, aby komunikacja neutrinowa była praktyczna? Po pierwsze, mówi Huber, jest zdolność do generowania i wykrywania intensywnych wiązek neutrin. Fizycy generują wiązki neutrin, przyspieszając miony do wysokiej energii, które następnie ulegają rozpadowi, wytwarzając neutrina, które ze względu na ruchomą ramkę odniesienia są ściśle skolimowane. Wykrywanie neutrin to po prostu odwrotny proces. Kiedy neutrina oddziałują z materią, wytwarzają miony, które można stosunkowo łatwo wykryć.

Ale jak łatwo można to zrobić w przypadku komunikacji podwodnej? Huber mówi, że jedna z najintensywniejszych wiązek neutrin jest wykorzystywana w eksperymencie zwanym MINOS, który wysyła wiązkę z Fermi National Accelerator Laboratory w Chicago do 5000-tonowego detektora mionów w kopalni w północnej Minnesocie, na odległość większą ponad 700 km.

Kłopot polega na tym, że w ciągu dwóch lat działania MINOS detektor wykrył tylko 730 mionów. Oczywiście wymagana jest poprawa o co najmniej sześć rzędów wielkości, mówi Huber, z niemałym niedopowiedzeniem.

Wierzy jednak, że taka poprawa będzie możliwa dzięki nowej generacji akceleratorów mionowych.

Uwierz mu na słowo. Powstaje zatem pytanie, jak wykryć te neutrina w łodzi podwodnej. Tutaj Huber był nieco bardziej kreatywny. Twierdzi, że istnieją zasadniczo dwa sposoby wykrywania neutrin. „Wykorzystalibyśmy cienkie moduły wykrywacza mionów, których można używać bardzo podobnie jak tapet do pokrycia większości kadłuba statku”, mówi Huber. To skutecznie zamienia łódź podwodną w gigantyczny, cylindryczny detektor mionów o średnicy około 10 metrów i długości 100 metrów.

Jak to działa? Mówi, że miony wchodziły z jednej strony łodzi podwodnej i zostawiały ją z drugiej strony. Punkty wejścia i wyjścia są mierzone, dzięki czemu kierunek mionów może być dość dokładnie odtworzony.

Ale jest też inny sposób wykrywania neutrin: poszukaj promieniowania świetlnego Cerenkowa wytwarzanego przez szybko poruszające się miony w wodzie morskiej. To sprytne, ponieważ pozwala stworzyć detektor o wymiarach, które są w przybliżeniu odległością, jaką światło pokonuje w wodzie morskiej, około czterech kilometrów. Oczywiście nie brakuje hałasu pochodzącego z bioluminescencji, światła słonecznego i światła księżyca, ale Huber wydaje się być przekonany, że wszystko to można odfiltrować.

Najważniejsze jest to, że pewnego dnia okręty podwodne będą mogły używać tej technologii do odbierania wiadomości z szybkością transmisji danych do 100 bitów na sekundę.

Oczywiście jest jedna wada. W ten sposób można odbierać wiadomości w łodzi podwodnej, a nie wysyłać ich. Nie jest to coś, o co widzowie telewizyjni bardzo się martwią. Ale dowódcy atomowych okrętów podwodnych mogą mieć inny pogląd.

Nr ref.: arxiv.org/abs/0909.4554 : Podwodna komunikacja neutrinowa

ukryć