Исследователям удалось отправить сообщение по нейтринному лучу

Ученые из лаборатории Ферми провели эксперимент, который закончился общением через нейтринный луч.

Нейтрино в последнее время очень популярны, и, несмотря на то, что все же этим частицам не удалось опередить свет, тем не менее поклонников у них достаточно, ведь нейтрино признаны самыми знаменитыми субатомными частицами. Не испугавшись тайн этих странных частиц, ученые из лаборатории Ферми провели эксперимент, который удачно закончился общением через нейтринный луч – сообщение преодолело 240 метров скалы со скоростью 0,1 бит в секунду.

Нейтрино подвергаются воздействию только двух сил - ядерной и силы тяжести (причем насчет силы тяжести ученые не уверены). Масса этих частиц меньше, чем одна миллионная массы электрона. Нейтрино сложно произвести и еще сложнее обнаружить. Приблизительно 50 миллиардов нейтрино в секунду проходят через тело каждого человека, не оставляя никаких следов. Существует три типа этих частиц, и они быстро преобразовываются друг в друга. И самое странное - нейтрино, вероятно, являются своими собственными античастицами. Несмотря на трудности и противоречия в экспериментальной физике и исследовании нейтрино, эта область имеет особое обаяние для ученых, и, благодаря изучению природы нейтрино, было получено три Нобелевских премии.

Луч нейтрино в ускорителе Main INjector лаборатории Ферми - один из самых высокоинтенсивных существующих энергетических лучей нейтрино. Ускоритель частиц направляет пульс 120 ГэВ (энергия на миллиард электрон-вольт) протонов на карбоновую мишень каждые 2,2 секунды. Импульсы приблизительно 8 микросекунд длиной и столкновение производят огромное количество очень энергичных мезонов (частицы, состоящие из четного числа кварков и антикварков). Эти мезоны распадаются в мюонные нейтрино и другие частицы, которые продолжают двигаться в том же направлении, что и распадающиеся мезоны. Тогда пучок частиц передают через скалистую породу, толщиной в 240 метров, которая поглощает все частицы, кроме нейтрино. Средняя энергия нейтрино составляет приблизительно 3 ГэВ. Датчик находится в пещере приблизительно в километре от карбоновой мишени, и в датчике луч распространяется до нескольких метров в диаметре.

MINERvA (Main INjector лаборатории Ферми) – это детектор, который разработан, чтобы фиксировать новую информацию о ядерных реакциях, связанных с нейтрино и с осцилляциями нейтрино. Прибор наблюдает траектории частиц, испускаемых, когда нейтрино взаимодействуют с частицами, находящимися в детекторе.

Детектор MINERvA - Main INjector ExpeRiment for v-A (фото fnal.gov)

Детектор MINERvA должен зарегистрировать шестнадцать миллионов «событий», связанных с активностью нейтрино более чем за 4 года, а это значит приблизительно каждые 8 секунд. Во время коммуникационного эксперимента ускоритель был замедлен вдвое, что значит измерения регистрировались каждые 16 секунд.

Ученые решили, что двоичный код обеспечит самый четкий сигнал, и экспериментаторы написали слово «нейтрино» с помощью нолей и единиц. Получилось сообщение, размером в 40 бит. Ученые отправили сообщение с лучом нейтрино сквозь 240 метров скал. На выходе данные отобразили 15 структур, которые преобразовались в отправленное сообщение со словом «нейтрино».

Исследователи в лаборатории Ферми продемонстрировали, что коммуникация через лучи нейтрино возможна с технологиями, доступными уже сегодня (изображение: Shutterstock)

Информационно-теоретический анализ данных показал довольно высокую надежность передачи сообщений подобным способом. С учетом времени, затраченного на оптимизацию данных с использованием запрограммированного кода, автоматически исправляющего ошибки, скорость передачи информации, как подсчитали исследователи, составила приблизительно 0,37 бит/импульс. Только с третьего раза отправка сообщения произвела точную копию на компьютере-получателе.

Эксперимент в лаборатории Ферми показал, что коммуникация на длительные расстояния с помощью нейтрино возможна, но даже самые современные технологии еще не достаточно развиты, чтобы обеспечить бесперебойное сообщение. Для практического использования технологии нужны более чувствительные датчики и ускорители частиц, оптимизированные для коммуникаций нейтрино.