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中微子检波器:它不适合你。(但它很酷。)

Neutrinophone 'receiver'
Neutrinophone“接收方” MINERvA探测器在穿过几百米厚的固体岩石后接收到中微子束。物理学家使用光束脉冲的二进制编码通过这些亚原子粒子发送信息。的消息吗?:“中微子”。图片来源:Reidar Hahn/Fermilab

首先,中微子探测器并不是真正意义上的电话。它有可能被用于远距离通信——包括进入外太空——但即使是杰夫·纳尔逊也说,中微子电话的首次亮相“只不过是一种宣传噱头”。

纳尔逊是威廉玛丽学院的科妮莉亚·b·塔尔博特杰出物理学副教授。他解释说,中微子检波器演示是费米国家加速器佳博体育中微子研究的一个附带项目。纳尔逊是参与费米佳博体育MINERvA合作项目的众多威廉与玛丽科学家之一。

中微子是一种神秘的亚原子粒子,在核反应中以难以想象的数量释放出来。尽管它们的数量很多,科学家们现在才开始了解中微子的特性。威廉与玛丽的物理学家参与了几个旨在了解中微子性质的大型跨国合作项目。除了MINERvA和费米佳博体育的其他实验外,William & 玛丽的研究人员还参与了其他中微子研究,其中最著名的是中国的大亚湾计划。

大多数穿过地球的中微子来自太阳的核炉,但它们也由核电站和其他类似设施产生。中微子很难被探测到,因为它们很少与任何东西发生相互作用。萨里发电厂与威廉斯堡隔河相望,它会释放出数十亿的中微子,但尼尔森说,你可以在威廉和玛丽度过一生,你的身体不太可能经历一次以上由萨里产生的中微子的相互作用。

尼尔森解释说,中微子检波器使用的是费米佳博体育加速器的第三光束。他说,加速器的周长约为两公里。

他说:“它使用了强烈的质子束。”“我们把质子束击中目标,然后产生介子。介子衰变成中微子。”

中微子束在到达MINERvA探测器的路上穿过了数百米的岩石,Nelson解释说,MINERvA探测器的设计是为了详细研究中微子的相互作用。为了通过中微子检波器进行通信,物理学家使用了一个简单的1-0二进制代码。

“如果你看到中微子,它就是零;如果没有中微子,那就是1,”他解释道。“有标准的编码模式,ASCII是计算机上使用的编码模式之一,它告诉你哪个字母对应于一系列二进制位。”

中微子检波器发出的第一条信息,经过解码后,就是“中微子”。尼尔森说,科学家不应该为缺乏独创性而受到指责。

“这不是中微子物理学家挑选的,”他说。“我们可能会做一些我们认为更有趣、更有挑战性的事情,但通信人员认为中微子很酷,所以这就是他们想要的。”

作为一种实用的通信工具,中微子检波器处于科学和科幻小说的边缘。尼尔森指出,《星际迷航》中的角色使用中微子通信,但要制造一个星际中微子探测器,在科学和工程上存在许多挑战。

他说,其中一个挑战是很难瞄准中微子束的“枪管”。另一个问题涉及到类似手电筒的效应,即编码的中微子束在穿越太空时变宽变弱,很快就会消失在来自太阳和其他自然粒子源的中微子中。

尼尔森说,地球上的中微子通信在未来是更现实可行的。

“想想,比如说,一艘潜艇,”他说。“你可以有一个主要是液体的中微子探测器——一个专用的压载舱,里面有荧光材料,灵敏度会高得多。这是可行的。你可以想象潜艇前往一个区域,接受了它的秘密信息,然后再次离开。”