Нейтринная связь с подводными лодками

Физики впервые передали сообщение по нейтринному лучу

15 марта 2012
Исследователи из университетов Северной Каролины (NC State) и Рочестера впервые в мире реализовали на практике идею нейтринной связи, выдвигавшуюся неоднократно на протяжении десятков лет.

Эти частицы оказались интересным способом передачи сообщений на подводные лодки, пребывающие на любой глубине.

Идея связи, основанной на нейтрино, обсуждается с 1977 года. Всем известно, как слабо взаимодействуют нейтрино с веществом и сколь огромны детекторы, необходимые для поимки данных частиц. Потому за тридцать с лишним лет, прошедших после рождения самой мысли о подобной связи, реализовать её до сих пор никому не удавалось, хотя в разных странах к нейтринным проектам привлекали финансирование по оборонной статье.

Одно из первых наблюдений взаимодействия нейтрино в пузырьковой камере.

Нейтри́но (итал. neutrino — нейтрончик, уменьшительное от neutrone — нейтрон) — нейтральная фундаментальная частица с полуцелым спином, участвующая только в слабом и гравитационном взаимодействиях, и относящаяся к классу лептонов. Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом: так, нейтрино с энергией порядка 3—10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега порядка 10^18 м (около 100 св. лет).
Также известно, что каждую секунду через площадку на Земле в 1 см² проходит около 6·10^10 нейтрино, испущенных Солнцем. Однако никакого воздействия, например, на тело человека они не оказывают. В то же время нейтрино высоких энергий успешно обнаруживаются по их взаимодействию с мишенями.

Первоначальные обсуждения в среде физиков приводили их к выводу: нейтринная связь практически невозможна. «Но если вы садитесь и делаете кое-какие расчёты, вы обнаруживаете, что числа не столь уж безумны», – говорит Патрик Хубер (Patrick Huber) из политехнического университета Вирджинии (фото Virgina Tech).

В качестве источника частиц Патрик думает применить накопительное мюонное кольцо, способное выдавать поток с интенсивностью 10^14 нейтрино в секунду. Кажется, что немного, но этого должно хватить для организации канала связи по нейтринному лучу. Главное — самой подлодке не потребуется гигантский нейтринный детектор. В его роли выступит океанская вода. Нейтрино, столкнувшиеся с веществом, произведут высокоэнергетические мюоны, а те в свою очередь вызовут в воде черенковское излучение — слабое сияние, которое могут зарегистрировать высокочувствительные фотодетекторы на субмарине.

Американский физик высчитал, что такой канал будет обладать скоростью около 10 бит в секунду. Чтобы понять, какое это будет достижение, следует сравнить его с нынешними способами связи с погружёнными подлодками. Информацию на них переправляют при помощи радиоволн очень низкой частоты (VLF) и крайне низкой частоты (ELF).

Системы связи, используемые в подводной лодке. VLF и ELF.

В перископном и надводном положении дальность радиоприема сигнала в мириаметровом (СДВ) диапазоне составляет 8000 км. Мощность берегового РПДУ — 500 кВт.

Эта картинка показывает схему передачи в полосе ELF: передатчик станции, распространение сигнала и техника поиска подводных лодок при погружении.

Первый канал, VLF, обладает пропускной способностью 50 бит в секунду, однако имеет большой недостаток: для такой связи подлодка должна выпускать плавающую антенну, которая ограничивает маневренность субмарины и повышает риск её обнаружения. Канал ELF такого негатива лишён, поскольку эти волны пробивают очень приличную водную толщу, но скорость пересылки информации падает до 1 бита в минуту.

Нейтринный канал связи должен обладать пропускной способностью почти как у радиоканала VLF, но при этом будет работать на любой глубине.

Это – только первый практический шаг на пути развития перспективной технологии передачи информации на огромные расстояния без использования электромагнитных волн.

15 марта 2012 — membrana.ru/particle/17721
6 октября 2009 — membrana.ru/particle/14219
ru.wikipedia.org/wiki/Нейтрино
radioscanner.ru/forum/topic15128.html
vlf.it/submarine/sbmarine.html
eets.ru/eets_245.html
ru.wikipedia.org/wiki/Голиаф_(радиостанция)

На картинке ниже: «Голиаф» — первая в СССР, а возможно и в мире, сверхдлинноволновая радиостанция. Была построена в Германии у города Кальбе в 1943 году для координации действий немецких подлодок из так называемых «волчьих стай». В начале 1945 года станцию захватили американцы, но при разделе Германии на зоны влияния она отошла к Советскому Союзу. В 1946 году станция была разобрана, а все оставшиеся на старом месте строения разрушены. Три года трофей хранился на складах связи под Ленинградом, пока в 1949 году не было принято решение о восстановлении станции в пойме реки Кудьмы в Нижегородской области.

Эффект Вавилова — Черенко́ва (излучение Вавилова — Черенкова) — свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Черенковское излучение широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей. В 1934 году Павел Черенков проводил в лаборатории Сергея Вавилова исследования люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения и обнаружил слабое голубое свечение, вызванное быстрыми электронами, выбитыми из атомов среды гамма-излучением.