Не слишком портативный приемник нейтрино
(Детектор MINERvA в лаборатории Ферми первым получил сообщение, переданное с помощью нейтрино)
Not-so-portable neutrino receiver
Нейтрино-связь, впервые
Первая передача информации с использованием пучка
нейтрино
была осуществлена физиками в США. Демонстрация крайне предварительная - она работает на скорости менее чем 1 бит/с - и потребует долгого совершенствования прежде чем нейтриносвязь сможет иметь какие-либо полезные приложения. Тем не менее, работа доказывает концепцию, которую физики рассматривали в течение многих лет и которая, в конечном счете, может быть использована в ситуациях, когда другие средства связи не представляются возможными.
Электромагнитное излучение
- в частности, видимый свет, тепловое излучение и радиоволны - это сегодняшний носитель информации. Легко передавать, легко принимать, и может нести большое количество информации. Однако, есть ситуации, когда он не достаточно хорошо работает. Одним из примеров является передача информации атомным подводным лодкам, которые могут оставаться под водой почти до бесконечности. Проблема в том, что морская вода непрозрачна для электромагнитного излучения на достаточно коротких длинах волн, чтобы передавать информацию на приемлемой скорости. Подводным лодкам, поэтому приходится использовать проволочные антенны, плавающие на поверхности, которые ограничивают их скорость и глубину, что делает их легко обнаружимыми.
Призрачное решение
По легкости прохождения через любой материал, включая морскую воду, ничто не сравнится с нейтрино. Призрачная частица подвержена воздействию только
слабых ядерных сил
, и очень слабо, действию силы тяжести. В результате, она может пройти почти сквозь все, и не взаимодействует практически ни с чем. Нейтрино может легко проходить через слой свинца толщиной в 1000 световых лет, так что океан не создаст ей никаких проблем. Некоторые ученые даже предположили, что передовые внеземные цивилизации могли бы общаться через огромные расстояния, используя пучки нейтрино.
Хотя системы нейтрино-связи были предложены здесь, на Земле с 1970 года, все они сталкиваются с одной и той же проблемой: как детектировать нейтрино на приемном конце, когда подавляющее большинство частиц будет проходить сквозь любой детектор. Для обнаружения нейтрино, в количестве достаточном для передачи информации в разумном темпе необходим, либо чрезвычайно интенсивный источник нейтрино, либо очень большой детектор (либо и то и другое). В 2009 году, например, Патрик Хубер (Patrick Huber) из университета Вирджинии пришел к идее использования корпуса атомной подводной лодки для обнаружения излучения, образованного, когда нейтрино взаимодействуют с окружающей морской водой. Однако, Хубер признался, что такая схема также потребует интенсивного источника нейтрино, на строительство которого потребуется несколько миллиардов долларов.
Примерно в то же время, Даниэль Стансил (Daniel Stancil) в Государственном Университете Северной Каролины думал о том, как построить аналогичную схему связи на базе
аксионов
- гипотетических слабо взаимодействующих частиц, которые могут содержаться в
темной материи
. Так как источников аксионов в настоящее время не существует, Джим Дауни (Jim Downey), бывший студент Стансила, из Университета Карнеги-Меллона отметил, что концепция может быть протестирована в лаборатории Ферми (Fermilab) с использованием нейтринного пучка от
NuMI
и детектора
MINERvA
. NuMI производит самые интенсивные пучки нейтрино высокой энергии в мире, которые затем через 1 км регистрируются детектором MINERvA. Основная цель линии MINERvA-NuMI - это изучение нейтрино самих по себе, но идея Дауни была использовать этот эксперимент в качестве системы передачи данных.
Кодирование слова «нейтрино» с помощью нейтрино
Стансил пришел в
Fermilab
с этим предложением и, получив согласие, исследователи закодировали слово «нейтрино» в двоичный код, который далее был использован для модуляции пучка нейтрино с битрейтом 0,1 бит/с. Было получено сообщение с ошибкой в
битрейте
всего 1%, что позволило легко декодировать сообщение после одного повторения. Тем не менее, учитывая короткое расстояние, на котором была достигнута связь, низкую скорость передачи данных и крайне сложную технику, необходимую для ее достижения (MINERvA весит несколько тонн), нейтрино, очевидно, не являются жизнеспособным способом связи в краткосрочной перспективе.
Хубер, однако, вдохновлен работой. «Я думаю, что наиболее важной особенностью этой работы является то, что кто-то пришел и сделал это», объясняет он, добавив, что «эта работа доказывает принципиальную возможность нейтрино-связи».
Документ о работе в настоящее время доступен на
ArXiv
сервере препринтов.