Truyền thông dưới nước và xuyên lòng đất dùng neutrino

Các nhà vật lí ở Mĩ vừa đạt được sự truyền thông tin đầu tiên bằng một chùm neutrino. Minh chứng mang tính rất sơ bộ - nó hoạt động chưa tới 1 bit/s – và sẽ cần rất nhiều phát triển trước khi nó có bất kì ứng dụng thực tế nào. Tuy nhiên, nghiên cứu chứng minh cho một khái niệm mà các nhà vật lí đã suy ngẫm trong nhiều năm qua và cuối cùng có thể dùng trong những tình huống trong đó những phương tiện truyền thông khác không triển khai được.

Bức xạ điện từ - nhất là những bước sóng nhìn thấy, vi sóng và vô tuyến – là sóng mang được chọn để truyền nhận thông tin hiện nay. Nó dễ truyền đi, dễ phát hiện và có thể mang rất nhiều thông tin. Tuy nhiên, có một số tình huống trong đó nó không hoạt động tốt cho lắm. Một ví dụ là sự truyền thông tin đến các tàu ngầm hạt nhân, đối tượng có thể ở dưới nước hầu như vô hạn định. Vấn đề là nước biển không trong suốt đối với bức xạ điện từ ở những bước sóng đủ ngắn để truyền thông tin ở một tốc độ có ích. Vì thế, các tàu ngầm thường phải có một dây anten nổi lên trên mặt nước, làm hạn chế tốc độ và độ sâu của chúng, khiến chúng dễ bị phát hiện ra hơn.

Máy dò hạt MINERvA tại Fermilab là thiết bị đầu tiên nhận được một tin nhắn truyền đi bởi các neutrino. Ảnh: Fermilab

Một giải pháp ma quái
Để truyền thông tin qua mọi chất liệu, kể cả nước biển, mà không bị ràng buộc, không gì có thể sánh với neutrino. Hạt ma quái này chỉ bị ảnh hưởng bởi lực hạt nhân yếu và lực hấp dẫn, nhưng rất yếu. Hệ quả là nó có thể truyền qua hầu như mọi thứ và hầu như chẳng tương tác với cái gì hết. Một neutrino có thể dễ dàng đi xuyên qua 1000 năm ánh sáng chì, cho nên một đại dương đối với nó chẳng là vấn đề gì. Thật vậy, một số nhà khoa học từng đề xuất rằng những nền văn minh tiên tiến ngoài địa cầu có thể truyền thông tin xuyên những khoảng cách bao la trong không gian bằng cách sử dụng những chùm neutrino.

Mặc dù các hệ thống gốc neutrino đã được đề xuất trên Trái đất này kể từ thập niên 1970, nhưng chúng đều gặp phải một trở ngại giống nhau: làm thế nào phát hiện các neutrino tại đầu nhận khi mà phần lớn những hạt này sẽ đi thẳng qua bất kì máy dò hạt nào. Để phát hiện đủ số neutrino để truyền nhận thông tin ở một tốc độ hợp lí, hoặc là cần có một nguồn phát neutrino cực mạnh hoặc là một máy dò neutrino rất lớn (hoặc cả hai). Ví dụ, vào năm 2009, Patrick Huber ở trường Đại học Công nghệ Virginia đã đi tới quan điểm sử dụng vỏ bọc của tàu ngầm hạt nhân để phát hiện ra bức xạ giải phóng khi các neutrino tương tác với nước biển xung quanh. Tuy nhiên, Huber thừa nhận rằng một kế hoạch đòi hỏi một nguồn phát neutrino mạnh như thế sẽ tiêu tốn vài tỉ đô la đầu tư xây dựng.

Trong khi đó, Daninel Stancil tại trường Đại học Bắc Carolina đang suy nghĩ làm thế nào xây dựng một kế hoạch truyền thông giống như vậy dựa trên các axion – những hạt tương tác yếu trên giả thuyết có thể bao gồm vật chất tối. Trong khi hiện nay chẳng có nguồn axion, nhưng cựu học trò của Stancil tại trường Đại học Carnegie Mellon cho biết rằng quan điểm trên có thể kiểm tra tại Fermilab bằng cách sử dụng chùm neutrino NuMI và máy dò hạt MINERvA. NuMI tạo ra chùm neutrino năng lượng cao cường độ mạnh nhất thế giới, rồi nó truyền đi 1 km đến MINERvA. Mục đích chính của đường dẫn hạt MINERvA–NuMI là để nghiên cứu chính các neutrino, nhưng quan điểm của Downey là sử dụng thí nghiệm trên là một hệ thống truyền nhận dữ liệu.

Mã hóa “neutrino” với neutrino
Stancil mang đề xuất trên đến Fermilab và, sau khi được chấp thuận, các nhà nghiên cứu đã má hóa từ “neutrino” thành mã nhị phân. Sau đó, họ điều biến mã này với chùm neutrino với tốc độ bit 0,1 bit/s. Tin nhắn được nhận với tỉ lệ sai số bit chỉ 1%, cho phép tin nhắn được giải mã dễ dàng sau một lần truyền. Tuy nhiên, với khoảng cách truyền tin ngắn như thế, tốc độ truyền dữ liệu thấp như thế và công nghệ đồ sộ cần thiết để đạt tới nó (bản thân MINERvA nặng tới vài tấn), neutrino rõ ràng không phải là phương pháp truyền thông có giá trị tương thời gian ngắn trước mắt.

Tuy nhiên, Huber cảm thấy phấn chấn trước nghiên cứu trên. “Tôi nghĩ đặc điểm quan trọng nhất của nghiên cứu này là nó khiến người ta muốn bắt tay vào thực hiện nó,” ông nói.

KaDick – thuvienvatly.com

Theo physicsworld.com

Nguồn: thuvienvatly.com

Posted in: Ứng dụng - công nghệ