Нейтринная связь


Гениальная мысль о связи, основанной на нейтрино, впервые возникла еще тридцать два года назад. В 1977 году многие ученые обсуждали идею применения этих частиц для пересылки информации, в частности — на атомные субмарины, несущие вахту в глубинах океана. Ведь нейтрино с легкостью проходят Землю навылет.

Реализовать идею на практике пытались не один раз во многих странах мира различными военными ведомствами – но тщетно. Да и большинство физиков убеждало: нейтринная связь практически невозможна.

Но прорывы в области технических наук в ХХ1 веке дали надежду на появление этой мгновенной связи.

Патрик Хубер из политехнического университета Вирджинии на днях выступил с многообещающим заявлением, сообщает membrana. Он предложил создать односторонний канал пересылки информации — с базы на подлодку, выгодно отличающийся от существующих методов.

В качестве источника частиц Патрик предлагает применить накопительное мюонное кольцо, способное выдавать поток с интенсивностью 1014 нейтрино в секунду. Большинство из них пронзит всю планету без взаимодействия и улетит прочь, очень малая доля столкнется на своем пути с атомами и совсем уж крошечный процент прореагирует с веществом в непосредственной близости от субмарины. По оценке Хубера около подлодки будет происходить два таких столкновения в секунду. И для организации канала связи по нейтринному лучу этого будет достаточно.


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 работать не только на любой глубине, но и будет обладать скоростью около 10 бит в секунду. Это невероятное достижение. Нынешние способы связи с погруженными подлодками обладает пропускной способностью от 50 бит в секунду до 1 бита в минуту.

Кстати, а вызнаете, что плыть во сне с друзьями в лодке по тихой реке – к большой радости? О других оптимистичных снах читателей «КП» — в нашем блоге «Толкователи сновидений». Пишите и вы о своих снах – мы растолкуем!

Источник: www.kp.ru


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

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.
йтрино 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.

Нейтринная связь с подводными лодкамиПатрик Хубер (Patrick Huber) из политехнического университета Вирджинии (фото Virgina Tech)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

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

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

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

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.

Нейтринная связь с подводными лодками


Источник: alternathistory.com

Если высокоразвитые цивилизации существуют, и они достигли высокого технического уровня, вероятно, что одним из побочных продуктов энергетического метаболизма станет широкомасштабное преобразование звездного света в дальнее инфракрасное излучение. Поиск его источников должен дополнить недавно начатый мониторинг космического пространства с помощью комплекса мер по программе SETI, целью которого является обнаружить посылаемые инопланетянами сигналы.


Аэрофотоснимок массива телескопов Аллена в Маунтин-Вью, Калифорния.
Фото: Seti

Используют ли внеземные существа как источник энергии звезды или что-то еще, мы пока не знаем. Но ясно одно: попытки найти существ себе подобных, а еще лучше – более разумных, чем человек, будут иметь больше шансов на успех, если мы начнем искать признаки использования высоких технологий. Особенно это касается тех гуманоидов, которые уже могут осуществлять межзвездные перелеты. Как минимум, связь-то они должны держать с планетой, являющейся их родиной. Вопрос только в том, как они это делают?

Например, связь может осуществляться при помощи расположенных на огромных пространствах Вселенной облаков спутников, находящихся в стратегических точках возле нейтронных звезд или черных дыр. Ученые утверждают, что для дальней комической связи можно использовать нейтринные лучи.

Станция нейтринной связи в представлении художника.
r />Фото: Pinterest

Разумеется, системы связи зависят еще и от того, какого уровня цивилизация их использует. Ведь одно дело, когда внеземное общество развилось на планетарном уровне. Другое – на звездном, и совсем иное дело, если цивилизация достигла галактических масштабов.

Исследователь технологических систем Альберт Джексон допускает, что, взойдя на определенную ступень, цивилизация обретает способность построить Сферу Дайсона и использовать нейтронную звезду или черную дыру, а также создать обширную систему передающих нейтринных спутников.

Нейтронная звезда в представлении художника.
Фото: Pinterest

Как предположил Джексон, небольшие черные дыры можно использовать в качестве гравитационных линз и отправлять с их помощью волновые сигналы, которые легко будут проходить через всю галактику. Те же самые линзы можно использовать и для создания лазерного маяка. Правда, и в том, и в другом случае нужно создавать громоздкую инфраструктуру, масштабы которой человеку даже представить себе трудно.

Продолжив свои исследования, Джексон предположил, что для передачи информации можно использовать нейтрино, поскольку эти частицы также легко преодолевают огромные пространства, не встречая практически никакого сопротивления в межзвездной среде.

Сверхмассивная черная дыра, как правило, располагается в центре крупной галактики.
Фото: Pinterest

По сравнению с пучками фотонов, испускаемых в лазерном луче, нейтрино почти не затухает, преодолевая просторы галактики. Это дает нейтрино преимущества, поскольку свет и инфракрасные лучи, встретив в космосе газовые облака или пыль, могут вовсе не достигнуть цели.

Для создания таких маяков используется явление, называемое гравитационной линзой. Здесь предполагается наличие между точкой отправки и получения сигнала массивного объекта, который своей гравитацией мог бы усиливать и направлять сигнал. В этом случае нейтрино также оказывается предпочтительным носителем для передачи информации по сравнению хотя бы с тем же инфракрасным светом.

Сфера Дайсона в представлении художника. Фото: Pinterest

Но стоит иметь в виду, что инфраструктура передатчиков должна состоять из полчищ спутников, количество которых будет больше, чем звезд в галактике. Кроме того, чтобы такой сигнал передать через Млечный Путь, понадобилось бы мобилизовать энергии в несколько миллиардов раз больше, чем человечество производит за год. Однако мы можем предположить, что для более развитой цивилизации сделать это не так уж и сложно, особенно, когда «под рукой» есть звезда или черная дыра.

Пучок нейтринных лучей. Фото: Curiosmos

«В мире существует множество« нейтринных телескопов», – заявил однажды Джексон. Проверить справедливость его утверждения не так уж сложно, говорят ученые. Необходимо лишь среди прочего искать и сигналы, посланные в космос таким способом. Если гигантская инфраструктура существует, то найти ее также будет нетрудно. Впрочем, для этого все-таки нужно приложить усилия и потратить некоторое количество времени.

Все сюжеты и темы для публикаций я ищу, перевожу и оформляю, потому что это мне интересно. Хочу верить, что это интересно и вам. Здорово, когда есть единомышленники! Буду благодарен за лайки, комментарии и подписку на канал!

Источник: zen.yandex.ru

Нейтринные обсерватории

Космические лучи — потоки элементарных частиц, движущиеся с высокими энергиями в космическом пространстве, впервые зафиксированы в 1912 году. Такие частицы постоянно бомбардируют Землю, однако отследить их источник достаточно трудно.

Поскольку космические лучи состоят не только из нейтральных частиц (или нейтрино), но и из заряженных, они взаимодействуют с магнитным полем нашей планеты. Это взаимодействие изменяет их траекторию и затрудняет определение источника излучения.

При этом нейтральные частицы свободно проходят через магнитные поля, следуя изначально заданной траектории. Каждую секунду примерно 100 млрд нейтрино проходят через один квадратный дюйм вашего тела. Большинство из них формируется при слиянии протонов на Солнце и недостаточно энергичны, чтобы их можно было идентифицировать, но некоторые достигают нашей планеты из-за пределов Млечного пути.

На Земле нейтрино очень сложно зафиксировать — эти фундаментальные частицы почти не взаимодействуют с материей, за исключением редких случаев сталкивания нейтрино с ядром атома и следующей за этим ядерной реакции.

Последствия таких ядерных реакций почти незаметны: при столкновении нейтрино с ядром атома возникает черенковское излучение — слабое синее свечение, которое видно только в очень чистой воде или во льду. Излучение сохраняет информацию о траектории движения нейтрино и позволяет рассчитать энергию частицы. Это позволяет физикам изучить редкие частицы несмотря на то, что они неохотно идут на взаимодействие.

IceCube

Большая часть льда содержит пузырьки воздуха, которые образуют пустоты и искажают данные о траектории нейтрино. Но на глубинах более 2 км на Южном полюсе лед представляет собой однородную структуру без пузырьков — давление в нем столь велико, что лед сжимается и вытесняет воздух, пока не становится «чистым».

Миссия IceCube

Этой особенностью глубинного антарктического льда воспользовались физики из миссии IceCube — построенная ими обсерватория находится на глубине 2,5 км под исследовательской станцией Амундсен-Скотт и представляет собой детектор нейтрино площадью около 1 куб. км.

Станция оборудована 56 «струнами» и 5,2 тыс. оптических датчиков. Частицы проходят по струнам, а оптические датчики пытаются зафиксировать слабое синее свечение мюонов — частиц, которые формируются в результате столкновений нейтронов с атомами льда и излучают слабое синее свечение.

Струны под станцией Амундсен-Скотт

Несмотря на то, что обсерватория располагается на Южном полюсе, детекторы собирают данные о космических нейтрино, приходящих со всех сторон света, в частности и из северного полушария. Толща Земли при этом выступает фильтром, отсекающим «лишние», или низкоэнергетичные частицы.

В 2014 году ученым из миссии IceCube удалось доказать, что внегалактические нейтрино достигают Земли. За первые три года работы обсерватория зафиксировала 37 нейтрино с энергией более 30 ТэВ — это в пять раз больше, чем энергия одного протона.

В сентябре 2017 года ученые впервые в истории зафиксировали нейтрино с исходной энергией в 230 ТэВ. Благодаря данным гамма-телескопа «Ферми» астрофизики обнаружили источник излучения — блазар TXS 0506+056, расположенный на расстоянии 4 млрд световых лет от Земли.

Скважина, ведущая в обсерваторию IceCube

Эти открытия объясняют важность изучения нейтрино — эти фундаментальные частицы позволят ученым исследовать космические тела, расположенные на расстоянии более 13 млрд световых лет. За пределами этого рубежа пространство заполнено нейтральными атомами водорода, которые поглощают видимый свет, однако нейтрино преодолевают это пространство свободно.

Super-Kamiokande и SNO

IceCube — не единственная нейтринная обсерватория. В конце прошлого века ученые из проектов «Супер-Камиоканде» (Super-Kamiokande) и SNO получили Нобелевскую премию за открытие свойств нейтрино. Эксперименты на детекторах, основанных на принципе фиксации черенковского излучения, показали, что эта фундаментальная частица имеет массу, отличную от нуля.

Гравитационно-волновые обсерватории

Колебания пространства-времени обнаружить очень сложно. Дело в том, что такие колебания, возникающие из-за изменения гравитационных полей, очень слабы, они не ощущаются органами чувств и не воспринимаются обычными приборами, в отличие от звука или радиосигнала.

Существование гравитационных волн предположил Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности. Физик-теоретик считал, что причиной возникновения таких колебаний становится ускорение массы во Вселенной, например, слияние или поглощение двумя крупными объектами друг друга. Волны позволяют определить размеры объектов и расстояние до них. На основе этих данных ученые могут воссоздать космические тела до их столкновения.

Впервые в истории гравитационную волну удалось зафиксировать ученым из коллаборации экспериментов LIGO/VIRGO — колебания пространства-времени возникли в результате слияния двух черных дыр и появления одной сверхмассивной вращающейся черной дыры.

Слияние двух черных дыр

LIGO/Virgo

LIGO работает по принципу интерферометра — обсерватория состоит из двух плеч протяженностью 4 км. В начале и в конце каждого из них на изолированных вибростолах установлены сверхтехнологичные зеркала, которые движутся в одной плоскости. Лучи лазера в каждом из плечей движутся из дальней точки и объединяются в центре.

Обсерватория LIGO

Идея, лежащая в основе эксперимента, заключается в том, что искажение пространства-времени, вызванное квадрупольной гравитационной волной, привело бы к тонкому удлинению одного из плеч при одновременном сокращении другого. Другими словами, если один из лучей прибывает с небольшим опозданием, срабатывает сигнал, который может свидетельствовать об обнаружении гравитационной волны.

Это удлинение крайне мало — в сентябре 2017 года физики из LIGO заметили сокращение длины лазера в плече на триллионную часть метра — примерно одну тысячную диаметра протона. Кроме того, разница во времени прибытия лазерных лучей составила всего 10 мс.

Virgo работает по тому же принципу и позволяет проверить данные LIGO. Сейчас оба проекта заморожены на неопределенный срок. На сегодняшний день LIGO и ее европейский партнер Virgo зафиксировали суммарно четыре гравитационных волны — в 2015 и 2017 годах.

Физики рассчитывают, что изучение гравитационных волн позволит понять причины сверхбыстрого вращения нейтронных звезд, изучить процесс слияния черных дыр.

eLISA

Ученые из НАСА и Европейского космического агентства (ESA) работают и над проектом гравитационно-волновой обсерватории в космосе — антенной eLISA. Аппарат, как и LIGO, будет работать по принципу интерферометра, однако луч лазера будет двигаться между зеркалами на астрономическом расстоянии. Это снизит частоту волн, воспринимаемых орбитальным аппаратом, на четыре-пять порядков по сравнению с LIGO.

Сейчас проект находится на стадии проектирования. Запуск космической антенны запланирован на 2034 год, рассчитанная продолжительность проекта — пять-десять лет.

Источник: hightech.fm

  • хорошо говорите по — русски, но всё же есть некоторый акцент. Физика не нейтринная а нейтронная Рассказывая в Италии об этом происшествии, Бруно добавлял:
  • Стандартной модели, такие как происхождение массы, сильная CP — проблема, нейтринные осцилляции, асимметрия материи и антиматерии, происхождение тёмной материи
  • части. Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы электрон, нейтрино кварки и т. д. на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются
  • элементарных частиц и слабого взаимодействия. Имеет крупные достижения в области нейтринной физики, физики ядерного бета — распада, двойного бета — распада, математической
  • ОИЯИ за доказательство осцилляций солнечных нейтрино в эксперименте SNO нейтринная обсерватория Садбери была присуждена премия им. Б. М. Понтекорво директору
  • Проанализировал электромагнитные свойства массивных дираковских и майорановских нейтрино движущихся во внешних электромагнитных полях, и указал возможные астрофизические
  • захватывает орбитальный электрон и превращается в нейтрон, испуская электронное нейтрино Заряд ядра при этом уменьшается на единицу. Массовое число ядра, как и
  • слабого взаимодействия определение состояния частицы в паре электронных нейтрино — антинейтрино. Переходы между лептонами различных поколений типа μ e
  • исследование нейтринных осцилляций взаимных превращений электронных, мюонных и тау — нейтрино что впоследствии должно способствовать уточнению массы нейтрино сейчас
  • протона, электрические дипольные моменты элементарных частиц или свойства нейтрино Некоторые теории, такие как модель Пати — Салама, предсказывают существование
  • Существуют лептоны шести ароматов: Массы нейтрино не равны нулю это подтверждается существованием нейтринных осцилляций но настолько малы, что не были
  • зрения наблюдателя. Для частиц с массой, таких как электроны, кварки и нейтрино — хиральность и спиральность, следует различать: в случае этих частиц наблюдатель
  • лёгких нейтрино Эксперименты, проводимые на сегодняшний день, дают оценку масс нейтрино порядка 10 2…10 3 эВ. Таким образом, лёгкие нейтрино практически

Источник: google-info.org


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.