Нейтрино впервые помогли ученым осуществить сеанс связи

Недавно ученые осуществили первый сеанс телеграфной связи с помощью нейтрино. Через скалу толщиной 240 метров с помощью нейтринных пучков с ускорителя на детектор было передано всего одно слово - "neutrino". Сеанс связи занял около двух часов. Физики считают, что у нейтринного телеграфа большое будущее, хотя сегодня это крайне долго и дорого.

Фото:  

Сегодня большинство видов связи осуществляется путем отправки и приема электромагнитных волн. Именно их воспринимают наши радиоприемники, сотовые телефоны, телевизоры и Wi-Fi устройства. Но несмотря на все плюсы подобного способа связи, имеются и минусы. Например, электромагнитные волны не проходят через некоторые экранирующие материалы. Они также могут отклоняться магнитным полем.

Уже давно ученые предлагали использовать для связи пучки различных элементарных частиц. По мнению многих астрофизиков, идеально на эту "должность" подходят нейтрино. Они могут проходить без помех даже через толщи планет (например, каждую секунду через Землю проскакивают миллиарды этих частиц, ничему и никому при этом не причиняя ущерба). Им удается быть такими "сверхпроходимыми" из-за их нейтрального электрического заряда и не сильно отличающейся от нуля массы.

Доказано также, что нейтрино мало что может сбить с пути. Для них не является серьезным препятствием магнитное поле. Сила гравитации тоже не сильно влияет на траекторию их движения. Словом, эти частицы являются идеальными переносчиками информации.

И вот недавно мечты ученых воплотились в реальность. На днях был запущен первый в мире нейтринный телеграф. А началось все с того, что физикам из Фермилаба (Национальная лаборатория ускорителей им. Ферми), что находится недалеко от Чикаго (США) нужно было опробовать новые возможности своего нейтринного детектора MINERvA.

В качестве проверки было решено устроить пролет частиц через скалу, толщина которой составляет 240 метров. А чтобы совместить приятное с полезным, договорились посылать пучки этих суперлегких частиц не абы как, а со смыслом. То есть попробовать сложить из пучков нейтрино определенное слово.

Используя двоичную систему кодировки, физики зашифровали с помощью нейтринных пучков одно слово. Несложно догадаться, что это было название частицы, то есть "нейтрино" (по английски "neutrino"). После чего был пущен в ход один из мощнейших ускорителей частиц, NuMI beamline. На нем можно создать пучки нейтрино высокой плотности путем разгона протонов по четырехкилометровому кольцу и последующей бомбардировки ими углеродной мишени.

Читайте также: Нейтринный "рентген" поможет геологам

Такой мощный ускоритель был выбран неспроста. Дело в том, что, согласно правилу двоичного кода, сверхмощный пучок нейтрино должен был обозначать позицию "1", а его отсутствие — соответственно, "0". Однако пучок действительно должен был быть очень плотным — ведь даже самый чувствительный детектор улавливает далеко не все запущенные нейтрино. Для того, чтобы реализовалась позиция "1", было необходимо, что бы достаточное количество этих легких и своевольных частиц все же дошли до цели.

Интересно, что, согласно статье авторов эксперимента, весь сеанс нейтринной связи занял у них около двух часов. И это при том, что по расчетам, скорость передачи информации равнялась 0,1 бита в секунду. Следовательно, если для кодирования одной буквы достаточно пяти бит, то, по идее, слова из восьми букв должно было быть распознано детектором где-то через восемь минут.

 

Ученые говорят, что, в принципе, сама передача столько времени и заняла. А все остальное ушло на то, чтобы подготовить нейтринный пучок и расшифровать принятый сигнал. Что поделать? Технология нейтринной связи пока еще далека от совершенства. Но все-таки не нужно слишком строго судить физиков — ведь они устроили подобный сеанс в первый раз.

Итак, все прошло успешно. Какие же выгоды может сулить этот новый способ телеграфной связи? "Используя нейтрино, можно установить прямое сообщение между любыми двумя точками на Земле без применения спутников или кабелей", — так обозначил перспективы новой технологии профессор Университета штата Северная Каролина Дэн Стэнсил, ведущий автор исследования.

По его словам, такую систему связи теоретически можно применять для коммуникации через любую толщу любого материала. Например, для установки связи с шахтерами из любой точки на поверхности. Или для общения с экипажами атомных подводных лодок, находящихся на глубине свыше 30 метров. Как известно, радиосвязь с ними практически невозможна.

Также нейтринный телеграф можно использовать для коммуникаций с космическими аппаратами. К примеру, если возникнет необходимость связаться со спутником или зондом, заслоненным от нас каким-либо небесным телом, то радиосвязь тут будет бесполезна. А вот нейтринные пучки легко дойдут до "адресата" — ведь этим частицам никакие небесные тела не помеха.

Кстати, если бы "Фобос-Грунт" мог бы принимать нейтринные послания, то установить с ним контакт можно было бы без особых проблем сразу же после сбоя систем. Весьма перспективной также кажется идея использования нейтринных пучков для контактов с постоянной космической базой, которую НАСА планирует разместить в четвертой точке Лагранжа.

Итак, как видите, у нейтринной связи множество преимуществ. Но, к сожалению, есть и серьезные недостатки. Ведь передатчиком модулированных нейтрино может быть только сложная ускорительная система, а приемником — специальный детектор. Оба этих прибора весьма массивны. Так, принимавший первую нейтринную телеграмму MINERvA представляет собой 170-тонный агрегат из свинца, углерода, железа, гелия, воды и пластика. А ускоритель еще в несколько раз крупнее и тяжелее.

Кроме того, сейчас подобная связь весьма невыгодна с энергетической точки зрения. Чтобы все приборы заработали, пришлось потратить столько электричества, сколько хватило бы небольшому городу на несколько часов. Соответственно, это делает нейтринную связь к тому же еще и очень дорогой.

Читайте также: Радиовойнам за радиоволны придет конец

Однако такие "мелочи" не очень-то смущают ученых. Исследователи напоминают, что прогресс в области совершенствования ускорителей в последние десятилетия носит скачкообразный характер. По их прогнозам, вполне возможно, что уже через полвека люди смогут сконструировать компактные ускорители и детекторы, которые можно будет прятать в карман. И тогда тем, кто будет пользоваться нейтринными мобильными телефонами, смотреть нейтринное цифровое телевидение и подключаться к высокоскоростному нейтринному интернету, все сегодняшние практические сложности реализации проекта нейтринной связи будут казаться смехотворными…