Transmisja danych z użyciem… neutrin

Artykuły
Brak komentarzy
Drukuj

Amerykańscy naukowcy jako pierwsi na świecie dokonali transferu informacji przy użyciu wiązki neutrin! Na chwilę obecną technologia ta umożliwia przesył informacji na poziomie mniejszym niż jeden bit na sekundę. Jeżeli uda się ją znacznie udoskonalić, może być stosowana w sytuacjach, w których inne sposoby komunikacji nie będą możliwe do zastosowania.

We współczesnych systemach transmisji danych nośnikiem informacji jest promieniowanie elektromagnetyczne, głównie z obszaru widzialnego, mikrofal oraz fal radiowych. Zaletą stosowania tego rodzaju promieniowania jest m.in. łatwość transmisji, detekcji oraz możliwość przesyłu dużej ilości informacji w jednostce czasu. Istnieją jednak sytuacje, w których zastosowanie promieniowania elektromagnetycznego nie jest zbyt dobrym rozwiązaniem. Jednym z takich przypadków jest przekaz informacji do okrętów podwodnych: woda morska to ośrodek silnie tłumiący promieniowanie elektromagnetyczne, skutecznie ograniczający zastosowanie tego rodzaju promieniowania.

Neutrino – prawdziwy rekordzista

Prawdziwym rekordzistą pod względem przenikliwości materii, w tym oczywiście i wody morskiej, jest neutrino – cząstka elementarna o zerowym ładunku elektrycznym i znikomo małej masie. Cechą charakterystyczną neutrin jest ich bardzo słabe oddziaływanie z materią, które powoduje, że mogą one bez najmniejszego problemu przenikać przez warstwę ołowiu o grubości nawet tysiąca lat świetlnych! Na uwagę zasługuje także fakt, że ze względu na bardzo małe rozmiary, neutrina mogą poruszać się z prędkością bliską prędkości światła w próżni (o kontrowersjach związanych z prędkością neutrin możesz przeczytać w artykule Czy neutrina mogą poruszać się szybciej niż światło? oraz w Nowe doniesienia dotyczące neutrin mionowych i eksperymentu OPERA).

detektor neutrin Minerva znajdujący się w laboratorium Fermilab w USA
Detektor neutrin MINERvA znajdujący się w laboratorium Fermilab (USA)

Chociaż pierwsze przesłanki na temat urządzeń, działających w oparciu o neutrina pojawiły się już w 1970 roku, aktualnym pozostał następujący problem: w jaki sposób wykrywać neutrina, skoro charakteryzują się one aż tak dużą przenikliwością materii? Aby wykrywać wystarczającą na potrzeby przesyłu informacji ilość neutrin, potrzebne jest albo bardzo intensywne źródło neutrin albo bardzo duży detektor tych cząstek (albo obydwie opcje jednocześnie). W 2009 roku Patrick Huber z Virginia Tech University zaproponował wykorzystanie kadłuba atomowego okrętu podwodnego do wykrywania promieniowania emitowanego podczas oddziaływania neutrin z cząsteczkami wody morskiej. Jednak jak sam przyznał, takie rozwiązanie wymagałoby użycia intensywnego źródła neutrin, którego budowa mogłaby wynieść nawet jeden miliard dolarów!

Aksjony – składnik ciemnej materii?

Mniej więcej w tym samym czasie, Daniel Stancil z North Carolina State University zastanawiał się nad tym, w jaki sposób można by zbudować podobne urządzenie oparte na aksjonach – hipotetycznych, słabo oddziałujących z materią (podobnie jak neutrina) cząstkach, z których, wedle przypuszczeń, miałaby składać się ciemna materia. Chociaż źródła aksjonów nie istnieją do dnia dzisiejszego, były student Stancila, Jim Downey z Carnegie Mellon University zauważył jednak, że koncepcja Hubera mogłaby zostać przetestowana w laboratorium Fermilab, za pomocą NuMI – źródła najbardziej wysokoenergetycznych neutrin na świecie oraz detektora MINERvA oddalonego o jeden kilometr od NuMI. Głównym zadaniem układu MINERvA – NuMI jest zasadniczo badanie neutrin, jednak zgodnie z pomysłem Downeya, układ ten wykorzystano do zbadania procesu transmisji danych z użyciem tychże właśnie cząstek.

Idea eksperymentu polegała na zakodowaniu słowa neutrino w kodzie binarnym, co wymagało odpowiedniego zmodulowania wiązki neutrin, oraz przesłaniu go następnie do detektora z szybkością 0,1 bitu na sekundę. Odczyt wiadomości następował z bitową stopą błędu na poziomie zaledwie 1%. Pomimo powodzenia całego eksperymentu, mając na uwadze niezbyt długi dystans, niską szybkość przesyłu danych oraz konieczność stosowania ekstremalnych technologii wymaganych do jego osiągnięcia (MINERvA waży kilka ton), należy stwierdzić, że neutrina nie są, przynajmniej na razie, opłacalną metodą transmisji danych.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com

Dodaj komentarz