Comunicare dincolo de limite cu neutrino

În numărul 6 al Revistei Imagine și Brand (pag. 14) am scris despre neutrini cum pot fi folosiți pentru comunicarea la distanță. Sper să îți placă acest articol și abia aștept să văd cum putem vorbi cu cineva de la capătul celălalt al Pămânului fără să ne punem problema că ne despart munți sau vreme rea.

Neutrino sunt particule elementare subatomice de 10 miliarde de ori mai mici decât un nucleu de atom. Neavând sarcină electrică ei nu interacționează cu materia sau cu lumina motiv pentru care cercetătorii de la Departamentul Tevatron al Laboratorului Acceleratorului Național Fermi (Fermilab , Illinois, SUA) vor să îi folosească pentru a putea comunica prin kilometri întregi de rocă sau apă.

Tevatron este un accelerator de particule de formă circulară care și-a încetat activitățile în data de 30 septembrie 2011, dar incă mai au loc experimente demne de menționat. În data de 13 martie 2012 Universitatea Cornell, din statul New York, SUA, a prezentat public lucrarea Demonstration of Communication using Neutrinos ce descrie experimentul prin care s-a reușit manipularea fașcicolelor de neutrino în așa fel încât să transmită un mesaj codificat prin 800 de metri de aer si 200 de metri de rocă.

Fig. 1. Schema generală a experimentului

Experimentul a fost propus de Dan D. Stancil de la Departamentul de Inginerie Electrică și a Calculatoarelor din cadrul North Carolina State University și a durat două ore. În tot acest timp cercetătorii au reușit să calibreze generatorul de neutrino să transmită cuvântul “neutrino”.

Fiind un fel de telegraf foarte sofisticat s-au transmis aproximativ 0,1 biți de informație pe secundă la peste 1 kilometru distanță. Problema principală a acestui tip de comunicare este generarea de pulsuri de neutrino iar apoi detectarea acestora la destinație.

Neutrino sunt generați natural în stele și artificial în reactoare nucleare sau acceleratoare de particule. În acceleratoarele de particule neutrino sunt generați din protoni accelerați la viteze mari (120 GeV), care sunt apoi loviți de o suprafață de carbon generând particule subatomice care sunt în componența protonilor. Aceste particule sunt apoi direcționate magnetic printr-un tunel (Pipe Decay, 675m, Fig. 1.) unde de descompun formând astfel fașcicolul de neutrino.

Dată fiind dimensiunea lor foarte mică și slaba interacțiune cu particulele din jur un fașcicol de neutrino poate călători doi ani prin plumb înainte de a fi oprit. Prin comparație razele radioactive de la o bombă atomică pot fi oprite de un zid de plumb cu grosimea de 10 centimetri. Soarele trimite în direcția noastră mai bine de 65 de miliarde de neutrino pe fiecare centimetru pătrat al suprafeței orientată perpendicular pe direcția Soarelui. Acei neutrino trec prin întreaga planetă aproape nestingheriți cu viteze apropiate de viteza luminii.

Unul dintre motivele principale pentru care se dorește folosirea lor este necesitatea comunicării între două puncte care sunt despărțite de obstacole cum este un munte, kilometri întregi de apă între un sumarin și bază sau chiar Luna care ascunde sateliții pe partea nevăzută.

În mod obișnuit detecția lor se face folosindu-se bazine foarte mari de apă. Atunci când fașcicolele de neutrino întră în contact cu apa se generează radiație Cerencov care duce la crearea unor fașcicole de lumină albastră.

În cazul experimentului de la Fermilab s-a folosit detectorul de neutrino MinervA care nu a mai fost utilizat pentru decodarea unor pulsuri de neutrino. Experimentul a fost un succes și, deși este nevoie de mult mai mult decât atât, comunicarea directă și fără interferențe cu orice alt punct de pe Terra poate deveni realitate în deceniile ce urmează.

Fig. 2. Detectorul MINERvA de la Fermilab

În Fig. 2. se poate vedea detectorul folosit în cadrul experimentului. Are nu mai pu?in de 170 de tone și după două repetiții ale pulsurilor transmise a putut decoda cu o acuratețe de 99% cuvântul “neutrino”.

Detectoare de neutrino sunt în mai multe locuri de pe planetă, dar costul lor este extrem de mare. Un lucru care trebuie menționat este acela că fașcicolul este unul care transmite informația numai în linie dreaptă. În același fel funcționează și lumina a cărei rază urmează o traiectorie dreaptă.

O altă problemă în cadrul comunicării cu neutrino este faptul că fașcicolele se dispersează pe măsură ce te înderpărtezi de sursă. Asemenei turnurilor de transmisie radio, generatoarele de neutrino vor trebui să fie mult mai puternice decât cele de azi dacă va fi să avem comunicare ce nu depinde de vremea de afară.

Discovery News anunță că aparate pentru comunicare cu neutrino ar fi de preferat pentru comunicarea cu submarinele și că ar putea fi “undele radio ale viitorului”.

Un lucru merită menționat: experimentul realizat anul acesta ne-a demonstrat că filmele SF devin demodate. Cu toate că s-ar putea să nu avem comunicare cu neutrino în caselee noastre nici măcar peste 50 de ani perspectiva lasă loc de speranțe.

Și, când ne luăm primele NuPhones? 😀