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研究稱中微子束可發送信息穿透固體巖石

來源:不詳       更新時間:2012-3-25 9:41:07
 
    研究人員利用費米國家加速器實驗室的一臺名為“NuMI”的粒子加速器產生的中微子束射向1千米以外的一個埋藏于巖洞中的中微子探測器,結果,中微子束發送的信息穿透了240米厚的堅硬巖石。
    【搜狐科學消息】據國外媒體3月21日報道,中微子的一個重要屬性是能穿透幾乎任何障礙,美國科學家近日首次利用中微子束發送信息,信息穿透了240米厚的堅硬巖石。不再需要借助衛星,地球任意兩點進行通信將成為可能。
    研究人員利用美國費米國家加速器實驗室的一臺名為“NuMI”的粒子加速器產生的中微子束射向1千米以外的一個埋藏于巖洞中的中微子探測器。本次實驗發送的高科技電報使用的是中微子,而不是電磁。
    雖然無線電通信幾乎無處不在,但也面臨許多挑戰。如果飛船滑到月球或行星背后,無線電通常因為干擾沉寂下去。潛艇經常在深水域失去無線電聯系,因為只有極低頻波才可以很容易地穿透水,數據傳輸速度是每分鐘1比特。早在2009年,弗吉尼亞理工大學的物理學家保羅胡貝爾(Paul Huber )認為海底通信中使用中微子束可以克服這些挑戰,并將數據傳輸速率提高至每秒100比特。
  中微子是及其微小的電中性粒子,它的傳播速度非常接近光速。直到最近,物理學家發現它們幾乎沒有質量,因此,它不受電磁相互作用的影響,引力對其響應也十分微弱。它們很難被探測到,因為它們幾乎不與其它物質發生作用。每1萬億太陽中微子中只有一個中微子會在來到地球的旅程中與一個原子發生碰撞。如何幫助潛艇或空間通信?由加速介子產生的中微子束有極高的速度。然后,這些介子衰變成中微子聚在一起成為聚焦束。為了檢測到它們,你只需倒轉這一過程。當中微子與物質相互作用,也就是說,在水中的氯分子,它們放射出的介子很容易被檢測到。當時,胡貝爾告訴《科技評論》雜志他設想在兩種可能的情況下,使用中微子束進行潛艇通信。首先,該船只的整個表面積可以涂上薄膜模塊用于檢測介子,就像高科技的壁紙。第二,介子通過鹽水時,人們可以使用一個探測器探測藍色閃爍的光。
  胡貝爾不是第一個提出這項計劃的人。早在20世紀80年代,卡內基梅隆大學的電氣工程師丹 斯坦西爾(Dan Stancil)就開始研究,并提出使用軸子(一些暗物質理論預測的理論粒子)應用到通信領域,因為它們之間的相互作用非常微弱。到了2009年,斯坦西爾以前的一個學生吉姆唐尼(Jim Downey)告訴他被稱為“密涅瓦”( Minerva)的中微子探測器。這使斯坦西爾考慮使用中微子作為通信應用,因為Minerva將是該系統中完美的接受器。更妙的是,它的位置靠近強大的中微子束源--費米實驗室的NuMi粒子加速器。
  為了發送信息,科研人員利用計算機開啟和關閉中微子束來分別代表二進制系統中的1和0來進行信息編碼。正常情況下,中微子束是以脈沖的形式發出的(每2.2秒一個脈沖)。科學家通過開啟中微子束射向探測器來代表1,通過停止束流,丟掉一個脈沖來代表0。因此探測器可以用科學家所能理解的方式拼出“Neutrino”這個單詞。最后,中微子束只花了兩個小時的時間操縱脈沖發送英語單詞“neutrino”到了寫有“7-bit ASCII”代碼的探測器。經過兩次重復后,Minerva試圖以99%的準確率解碼這個信號,中微子束穿透了240米的堅硬巖石。
  然而,這只是理論證明。由于中微子信號強度隨著距離的增加而減小,因此發射信息到足夠遠的地方需要比目前所能獲得的粒子束強度要大的多才可行。同時中微子探測器本身也是非常復雜的,需要進一步簡化才能作為可以被利用的通訊裝置。
  至于實際應用,潛艇可能在某一天能夠通過中微子束收到編碼的消息,但他們仍然缺乏技術手段發送編碼答復。但隨著技術的不斷進步,誰知道呢?脈沖中微子束可能是未來的無線電波。

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