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研究者利用微中子傳送「無線」訊息

一群由 Rochester 大學與北卡羅萊納州大(NC State)所領導的科學家首度利用微中子(neutrinos)束傳送一則訊息。那是一種幾乎沒有質量的粒子,行進速度近乎光速。這一則被傳送的訊息穿過 240 公尺的岩石,內容即是:「Neutrino」。

“利用微中子,就有可能在地球上任意二點之間通訊而無須使用衛星或纜線," Dan Stancil 表示,NC State 電機與電腦工程教授以及一篇描述此研究之論文的第一作者。"微中子通訊系統將會比今日的系統更加複雜,不過也許有重要的策略性用途。"

由於一種特別有價值的特性,許多人已將微中子在通訊中的可能用途理論化:它們幾乎能穿透它們所遇到的任何東西。舉例來說,如果此技術能被應用在潛艦,可以想見,它們能穿透水域,傳到很遠的距離,若使用當前技術,那會很困難,也許根本不可能辦到。且若我們想要在月球或某星球背面的外太空利用某種東西通訊,我們的訊息將毫無阻礙地直接穿過。

“當然,以我們目前的技術,需要用到大量高科技設備才能使微中子傳達訊息,所以那目前還不實用," Kevin McFarland 說,Rochester 大學物理學教授,他涉及這項實驗。"若有朝一日要在實際應用裡利用微中子進行通訊,第一步將會是一個運用今日技術的示範。"

這個科學家團隊證明,他們有可能在芝加哥郊區的 Fermilab(費米實驗室)完成他們的測試。這個小組將他們的發現提交給 Modern Physics Letters A 期刊。

在 Fermilab,研究者得要使用二種關鍵元件。其一是一部世上最強大的粒子加速器之一,那使質子加速繞行一個周長 2.5 英里的軌道,接著使它們與一個碳標靶相撞,創造出高強度的微中子射束。其二是一套 multi-ton(多體、多例)偵測器,稱為 MINERvA,位於地底 100 公尺深的洞穴中。

利用微中子進行通訊,需要這麼大量的設置,意味著在這項技術能被合併成一種可輕易使用的形態之前,仍有許多研究得要完成。

這項通訊測試為期二小時,那時加速器為了接下來排定的停機保修,以一半的強度運作。一般的 MINERvA 交互作用資料亦在通訊測試被實現的同時進行收集。

今日,絕大多數通訊的實現,是透過電磁波的傳送與接收。這是我們收音機、手機與電視的運作方式。但電磁波無法輕易穿過絕大多數類型的物質。它們會被水、山以及許多其他的液體或固體所阻擋。在另一方面,微中子,通常會穿過整個行星而不會受到擾亂。因為它們的電中性與幾乎不存在的質量,微中子不會受到磁力吸引也不會因為重力而產生顯著改變,所以它們在行動上幾乎毫無阻礙。

科學家們利用微中子傳送的訊息轉譯成二進位編碼。換言之,『neutrino』以一連串的 1 與 0 來呈現,在此 1 對應到一群被發射的微中子,而 0 則與沒有微中子被發射對應。微中子之所以需要大批發射,是因為即便對 multi-ton 偵測器來說,它們都是非常難以捉摸,大約每百億個微中子只有一個會被偵測到。微中子被偵測到之後,在另一端的電腦將二進位編碼轉譯回英文,即成功接收到『neutrino』這個字。

“微中子已成了一種幫助我們學習有關原子核與宇宙運作方式的驚人工具," Deborah Harris 表示,Minerva 計畫經理,"但在微中子通訊變得有效率之前,還有很長一段路要走。"

Minerva 是一個核子與粒子物理學家的國際聯盟,成員來自 21 個單位,利用一部位於 Fermilab 的偵測器研究微中子的行為。這是世上首度利用一道高強度射束來研究微中子與五種不同標靶材料之原子核進行反應的實驗,創造出交互作用的首個並列比較(side-by-side comparison)。這將協助完成微中子的圖像同時讓資料能在當前與未來的實驗中更清楚地被詮釋。

原始文獻:D. D. Stancil et. al.
Mod. Phys. Lett. A 27 (2012) 1250077
doi: 10.1142/S0217732312500770

資料來源:PHYSORG:Researchers send ‘wireless’ message using neutrinos[March 14, 2012 ]

轉載自only-perception

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