211service.com
Jak by neutrina mohla způsobit revoluci v komunikaci s ponorkami
Komunikace pod vodou je ošemetná záležitost, jak vám potvrdí každý velitel jaderné ponorky. Tito chlápci mohou zůstat skryti víceméně neomezeně dlouho, operují v hloubce asi 300 metrů, ale komunikovat je vážnou bolestí na zádi, protože to lze provést pouze v blízkosti mořské hladiny, kde jsou ponorky nejzranitelnější vůči odhalení a útoku.
Je to proto, že rádiové vlny nešíří dobře vodou. Pouze vlny s extrémně nízkou frekvencí (ELF) (s frekvencí nižší než 100 Hz) dělají pokroky ve vodě. Je však obtížné je vyrábět při vysokém výkonu, ai tak umožňují přenosovou rychlost pouze kolem 1 bitu za minutu.
Místo toho se ponorky musí spoléhat na vlny s velmi nízkou frekvencí (VLF) o několika kilohertzech. Ty umožňují až 50 bitů za sekundu, ale neprojdou vodou daleko. To znamená, že je lze detekovat pouze přitažením dlouhé rádiové antény blízko povrchu.
Jak tedy věci zlepšit? Jedním z návrhů je použití neutrin k odesílání informací. Problém je v tom, že ačkoli neutrina snadno procházejí vodou, procházejí také vším ostatním, takže je téměř nelze detekovat. Z toho důvodu byla neutrinová komunikace vždy považována za nespouštěcí.
Nyní nová analýza naznačuje, že ponorky mohly být příliš rychlé na vyřazení neutrin. Patrick Huber, fyzik z Virginia Tech, říká, že neutrinová komunikace by mohla nabídnout rychlost přenosu dat až 100 bitů za sekundu v jakékoli hloubce. To je o tři řády lepší než komunikace ELF.
Co se tedy mění, aby byla komunikace neutrin praktická? Za prvé, říká Huber, je schopnost generovat a detekovat intenzivní paprsky neutrin. Fyzici generují svazky neutrin urychlováním mionů na vysokou energii, které se pak rozpadají a produkují neutrina, která jsou díky pohyblivé referenční soustavě těsně kolimována. Detekce neutrin je jednoduše tento proces obrácený. Když neutrina interagují s hmotou, produkují miony, které lze poměrně snadno detekovat.
Ale jak snadno to lze udělat pro podmořskou komunikaci? Huber říká, že jeden z nejintenzivnějších neutrinových paprsků je použit v experimentu zvaném MINOS, který vysílá paprsek z Fermi National Accelerator Laboratory v Chicagu do mionového detektoru o hmotnosti 5000 metrických tun v dole v severní Minnesotě, což je vzdálenost více než 700 km.
Problém je v tom, že za dva roky, co MINOS běží, detektor zachytil pouze 730 mionů. Je zřejmé, že je zapotřebí zlepšení alespoň o šest řádů, říká Huber s malým podhodnocením.
Věří však, že tento druh vylepšení bude možný s další generací mionových urychlovačů.
Vezměme jeho slovo. Otázkou pak je, jak tato neutrina v ponorce detekovat. Tady byl Huber trochu kreativnější. Říká, že existují v podstatě dva způsoby, jak rozpoznat neutrina. Použili bychom tenké moduly mionových detektorů, které lze použít velmi podobně jako tapety k pokrytí většiny trupu plavidla, říká Huber. Tím se ponorka účinně změní na obří, válcový mionový detektor o průměru asi 10 metrů a délce 100 metrů.
Jak by to fungovalo? Miony by vstoupily na jedné straně ponorky a opustily by ji na druhé straně, říká. Vstupní a výstupní body jsou měřeny, a tak lze poměrně přesně rekonstruovat směr mionu.
Existuje však také další způsob, jak detekovat neutrina: hledejte Čerenkovovo světelné záření produkované rychle se pohybujícími miony v mořské vodě. To je chytré, protože vám to umožňuje vytvořit detektor s rozměry, které jsou zhruba vzdáleností, kterou světlo urazí v mořské vodě, asi čtyři kilometry. Samozřejmě není nouze o šum z bioluminiscence, slunečního světla a měsíčního svitu, ale zdá se, že Huber je přesvědčen, že to vše lze odfiltrovat.
Pointa je, že ponorky by mohly jednoho dne používat tuto technologii k přijímání zpráv s přenosovou rychlostí až 100 bitů za sekundu.
Má to samozřejmě jednu nevýhodu. Tímto způsobem je možné zprávy v ponorce pouze přijímat, nikoli je odesílat. To není něco, co by televizní diváky příliš znepokojovalo. Velitelé jaderných ponorek ale mohou mít jiný názor.
Ref: arxiv.org/abs/0909.4554 : Podmořská neutrinová komunikace