Prima transmisie de date bazată pe folosirea unui fascicul de neutrini a fost efectuată de fizicieni din SUA. Testul este preliminar (transmisia se face la o viteză mai mică de 1 bit/s), fiind nevoie de progrese considerabile înainte de a-şi dovedi aplicabilitatea.
Cu toate acestea, cercetările pun în practică un concept pe care fizicienii îl gândeau de câţiva ani şi care, în final, ar putea fi utilizat în situaţii în care alte mijloace de comunicaţii nu sunt fezabile.
Radiaţiile electromagnetice (în special cele din spectrul vizibil, al microundelor sau radio) sunt alegerea actuală pentru transmisia informaţiilor. Sunt uşor de transmis, uşor de detectat şi pot transporta cantităţi mari de informaţii. Chiar şi în acest caz, există unele situaţii în care acest tip de soluţie nu funcţionează atât de bine. Un exemplu este transmiterea informaţiilor spre submarinele nucleare, care pot rămâne scufundate pe timp nedefinit. Problema este că apa sărată este opacă la radiaţiile electromagnetice cu lungimi de undă suficient de scurte pentru a transmite informaţiile cu o rată de transmisie utilă. Aşadar, submarinele trebuie să aibă o antenă pe suprafaţa apei, lucrul care le restricţionează posibilităţile din punct de vedere al vitezei şi adâncimii, făcându-le mai uşor de detectat.
O soluţie "fantomatică"
Pentru uşurinţa transmisiei prin diverse materiale, inclusiv apa mărilor şi oceanelor, neutrinii sunt varianta cea mai fiabilă. Particula "fantomă" este afectată doar de forţele nucleare slabe şi, foarte puţin, de gravitaţie. Ca rezultat, ei pot trece prin orice şi nu interacţionează practic cu nimic. Un neutrino ar putea străpunge cu uşurinţă un strat de plumb cu grosimea de 1000 de ani-lumină, aşadar un ocean nu ar ridica nicio problemă. Ba chiar unii cercetătorii au sugerat că civilizaţiile extraterestre avansate ar putea comunica pe distanţe mari în spaţiul cosmic folosind unde de neutrini.
Chiar dacă sistemele bazate pe neutrini au fost propuse, pe Pământ, încă din 1970, toate ideile s-au izbit de aceeaşi problemă: cum vor fi detectaţi neutrinii la recepţie, când marea majoritatea a acestor particule vor trece fără probleme prin orice detector? Pentru a detecta un număr suficient de mare de neutrini astfel încât transmisia de date să se realizeze cu o rată de transfer rezonabilă, va fi nevoie fie de o sursă extrem de intensă de neutrini, fie de un detector imens (sau de amândouă). De exemplu, în 2009, Patrick Huber, de la Universitatea Tehnică din Virginia, a venit cu ideea de utilizare a carcasei unui submarin nuclear pentru a detecta radiaţiile emise de interacţiunea neutrinilor cu apa sărată înconjurătoare. Cu toate acestea, Huber a recunoscut că un asemenea plan va necesita, de asemenea, o sursă intensă de neutrini, a cărei construcţie ar presupune cheltuirea câtorva miliarde de dolari.
Detectorul MINERvA de la Fermilab, primul care a recepţionat un mesaj transmis pe calea... neutrinilor.
Credit: Fermilab
În aceeaşi perioadă, Daniel Stancil de la Universitatea de Stat din California de Nord, se gândea la arhitectura unei scheme de transmisii de date similare, bazată pe axioni (particule ipotetice, care interacţionează foarte slab cu materia obişnuită şi care ar putea reprezenta materia neagră). Deoarece sursele de axioni nu există în prezent, fostul student al lui Stancil, Jim Downey, de la Universitatea Carnegie Mellon, a sugerat că acest concept ar putea fi testat la Fermilab, folosind generatorul de raze cu neutrini, NuMi, şi detectorul MINERvA. NuMi produce cel mai intens fascicul de neutrini de înaltă energie din lume, care ulterior călătoreşte 1 km pentru a ajunge la MINERvA. Principalul obiectiv al complexului MINERvA-NuMi este studiul neutrinilor, însă ideea lui Downey era să utilizeze aceste dispozitive experimentale drept un sistem de transmisie a datelor.
Codificarea „neutrino” cu neutrini
Stancil a propus Fermilab această abordare şi, ajungând la o înţelegere, cercetătorii au codificat cuvântul „neutrino” în cod binar. Această codificare a fost apoi folosită pentru modularea razei de neutrini, cu o rată de transfer de 0.1 biţi/s. Mesajul a fost recepţionat cu o eroare de doar 1%, permiţând decodarea rapidă a mesajului, după doar o singură repetiţie. Cu toate acestea, ţinând cont de distanţa mică peste care a fost efectuată transmisia, rata de transmisie mică şi tehnologia extremă necesară pentru obţinerea ei (doar MINERvA cântăreşte câteva tone), neutrinii nu vor fi, în mod evident, o metodă viabilă de comunicaţii în viitorul apropiat.
Chiar şi aşa, Huber este entuziasmat de acest experiment. „Cred că trăsătura cea mai importantă a acestui experiment este că cineva s-a mobilizat şi l-a pus în scenă”, explică el, adăugând că „experimentul face o diferenţă enormă, deoarece dovedeşte că aşa ceva este posibil”.
O lucrare referitoare la acest experiment este disponibilă pe serverul de documente arXiv.
Traducere după Neutrino-based communication is a first, cu acordul physicsworld.com.
Traducerea: Ştefan Ciprian Arseni
