研究称中微子束可发送信息穿透固体岩石

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2012年03月22日09:19

研究人员利用费米国家加速器实验室的一台名为“NuMI”的粒子加速器产生的中微子束射向1千米以外的一个埋藏于岩洞中的中微子探测器,结果,中微子束发送的信息穿透了240米厚的坚硬岩石


研究称中微子束可发送信息穿透固体岩石


据国外媒体3月21日报道,中微子的一个重要属性是能穿透几乎任何障碍,美国科学家近日首次利用中微子束发送信息,信息穿透了240米厚的坚硬岩石。不再需要借助卫星,地球任意两点进行通信将成为可能。


研究人员利用美国费米国家加速器实验室的一台名为“NuMI”的粒子加速器产生的中微子束射向1千米以外的一个埋藏于岩洞中的中微子探测器。本次实验发送的高科技电报使用的是中微子,而不是电磁。


虽然无线电通信几乎无处不在,但也面临许多挑战。如果飞船滑到月球或行星背后,无线电通常因为干扰沉寂下去。潜艇经常在深水域失去无线电联系,因为只有极低频波才可以很容易地穿透水,数据传输速度是每分钟1比特。早在2009年,弗吉尼亚理工大学的物理学家保罗•胡贝尔(Paul Huber )认为海底通信中使用中微子束可以克服这些挑战,并将数据传输速率提高至每秒100比特。


中微子是及其微小的电中性粒子,它的传播速度非常接近光速。直到最近,物理学家发现它们几乎没有质量,因此,它不受电磁相互作用的影响,引力对其响应也十分微弱。它们很难被探测到,因为它们几乎不与其它物质发生作用。每1万亿太阳中微子中只有一个中微子会在来到地球的旅程中与一个原子发生碰撞。如何帮助潜艇或空间通信?由加速介子产生的中微子束有极高的速度。然后,这些介子衰变成中微子聚在一起成为聚焦束。为了检测到它们,你只需倒转这一过程。当中微子与物质相互作用,也就是说,在水中的氯分子,它们放射出的介子很容易被检测到。当时,胡贝尔告诉《科技评论》杂志他设想在两种可能的情况下,使用中微子束进行潜艇通信。首先,该船只的整个表面积可以涂上薄膜模块用于检测介子,就像高科技的壁纸。第二,介子通过盐水时,人们可以使用一个探测器探测蓝色闪烁的光。


胡贝尔不是第一个提出这项计划的人。早在20世纪80年代,卡内基梅隆大学的电气工程师丹•斯坦西尔(Dan Stancil)就开始研究,并提出使用轴子(一些暗物质理论预测的理论粒子)应用到通信领域,因为它们之间的相互作用非常微弱。到了2009年,斯坦西尔以前的一个学生吉姆•唐尼(Jim Downey)告诉他被称为“密涅瓦”( Minerva)的中微子探测器。这使斯坦西尔考虑使用中微子作为通信应用,因为Minerva将是该系统中完美的接受器。更妙的是,它的位置靠近强大的中微子束源--费米实验室的NuMi粒子加速器。


为了发送信息,科研人员利用计算机开启和关闭中微子束来分别代表二进制系统中的1和0来进行信息编码。正常情况下,中微子束是以脉冲的形式发出的(每2.2秒一个脉冲)。科学家通过开启中微子束射向探测器来代表1,通过停止束流,丢掉一个脉冲来代表0。因此探测器可以用科学家所能理解的方式拼出“Neutrino”这个单词。最后,中微子束只花了两个小时的时间操纵脉冲发送英语单词“neutrino”到了写有“7-bit ASCII”代码的探测器。经过两次重复后,Minerva试图以99%的准确率解码这个信号,中微子束穿透了240米的坚硬岩石。


然而,这只是理论证明。由于中微子信号强度随着距离的增加而减小,因此发射信息到足够远的地方需要比目前所能获得的粒子束强度要大的多才可行。同时中微子探测器本身也是非常复杂的,需要进一步简化才能作为可以被利用的通讯装置。


至于实际应用,潜艇可能在某一天能够通过中微子束收到编码的消息,但他们仍然缺乏技术手段发送编码答复。但随着技术的不断进步,谁知道呢?脉冲中微子束可能是未来的无线电波。


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