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神奇的中微子束通信

感谢"中国通讯网"网友"lcj2212916"提供资料

①继靠电磁波传输信息的微波通信、卫星通信、光纤通信之后,一种新颖的通信手段步尘而来。它不受任何气候条件限制,通信信号也不会被任何手段所中断,可以穿过高山,通过海洋,能从某一地点直线地穿过地球到达另一地点,它就是可以运载信息钻地入海的神奇的中微子束通信,在现代化通信中崭露头角。


②中微子和质子、电子一样,也是构成粒子的基本粒子之一。可它是一种奇妙的基本粒子,它不带任何电荷,呈中性,质量极小,静止质量为零;它能以接近光速直线前进,方向性极好,也不发生反射、折射和散射;它能量大,穿透力极强。因为电磁不能穿过厚厚的地层,而中微子却能轻而易举地穿过地球。科学家就是利用中微子这种奇特的特性来改善今天的通信。作为传输信息的一种更具优越性的无线通讯方式,它传输极远,不受障碍的限制,不怕外界干扰,保密性极好。
③早在1956年,欧美学者通过复杂的核反应实验,证明中微子确实存在。上世纪70年代以后,科学家对中微子通信产生了极大的兴趣,美科学家将中微子加速器产生的中微子束,发送至远隔千山万水的另一端接收装置中,结果成功地感测到了穿山涉水而来的中微子信号。80年代,前苏联和美国进行了中微子通信的试验,获得了成功。1984年美国一海军基地的一艘核潜艇做水下环球潜行时,正是采用中微子通信保证了联系。迄今确认的中微子有电子中微子和m介子中微子。科学家分别进行的海下、地下种种试验,使中微子通信初显端倪。
④中微子通信有着很高的应用价值,如果采用中微子束通信,则将为海军对潜艇进行保密通信提供强有力的手段;即使是发生了热核战争,安置在岩石深处的指挥部的中微子束发射机不会受到原子弹的破坏,还能正常工作;地质学家用中微子波束可给地球拍照,寻找地壳中的矿藏资源。中微子通信除用于全球人类通信外,还可以穿透月球,与月球背面的空间站联系,或者作为“特殊信使”,遨游太空,与在宇宙中飞行的宇宙飞船直接联系,为人类征服宇宙服务。科学家还设想发射中微子讯号让它在太空中穿行,去寻找外星人。
⑤中微子通信,只需要中微子发射装置(高能质子加速器)和接收装置。发射装置发射中微子包含的信息,经接收装置解读,就能实现信息交流。把所有的信息,如视音频信号、数据信号等,加载到中微子束上面,即可实现任意距离点与点之间的通信,无论通信两点之间的距离有多远,哪怕是地球的两端,也无需任何中继站或借助卫星转送。中微子通信具有微波和光通信的高容量、直线性和保密性,可双向传输多路电视和音频信号,如与发送和接收的计算机进行并网,可进行遥控、遥测。可见,神奇的中微子束通信,在人类通信领域中可大显身手。
在“基本粒子”的大家族中,有一种叫中微子。它那穿山过海,敢于与光速较量的神奇本领和不费吹灰之力穿过地球的拿手好戏,极大地触发了科学家们应用研究的灵感。
于是,中微子通信的设想脱颖而出了。这是一种采用中微子束来代替电磁波传递信息的无线通信方式。它可以冲破电磁波通信不可逾越的水下和地下这两大禁区,实现全球无线通信;它保密性好,传递信息快,不受外界干扰,对人体无害。这些优点是其他通信方式无法比拟的。
  中微子通信过程和微波通信相似,有发射和接受装置。通信时,发射端首先用高能质子加速器,将质子加速到几千亿电子伏特的能量,然后去轰击一块金属靶子。此时,靶子的背面就会产生许多“短命”的介子,这些介子一边运动,一边发生衰变,从而变成中微子和μ子。再让它们共同穿过钢板,这时μ子被钢板阻挡并衰变了,剩下的就是纯净的中微子束。然后,再用信号对它进行调制,接着通过磁场控制载有信息的中微子束,使之按人的旨意朝一定方向传向目标。
  接收端是一个贮有近亿吨水的大水箱,箱内的光探测器星罗棋布。当发射来的中微子束在水中传过时,就会与原子核中的中子发生核反应而生成μ子,μ子在水中高速前进,受到核的减速作用放出光子,这些光子进而被水中的光探测器接收,即可把原来中微子束所携带的信息调解出来,从而达到通信的目的。
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太阳中微子之谜

苗征

  太阳的能源问题一直是困扰物理学家和天文学家的一个课题,后来英国著名的天文物理学家爱丁顿提出太阳里面的能量是来自核聚变。如果太阳的核心真的在进行着大规模的热核反应,那就理应产生大量的中微子。

  为了证明太阳模型的正确性,科学家们设计了仪器去测量太阳中微子的实际数目。“捕捉”中微子难乎其难,为此科学家巧设“陷讲”。

  设在美国南达科达州的“陷讲”,由化学家戴维斯主持,他们在地下深达1.5千米的金矿里,安装了一个大罐子,里面装有38万公升的四氯乙烯溶液,用它来俘获中微子。1968年,奇迹出现了,中微子探测器给出了信息。实测结果表明,实际的太阳中微子数目远远小于理论值,只有理论预言的1/3。大量的太阳中微子失踪了!这样太阳中微子之谜变成太阳中微子短缺之谜。

  那么到底是谁错了?天文学家错了?太阳能量不是来自核聚变?还是物理学家关于中微子的理论错了?

  后来物理学家改进了中微子的测量方法,日本科学家小柴昌俊就是其中之一。

  当中微子进入装有重水的容器后,碰到重水的原子核后会被弹开;然后碰到另一个重水的原子核后会与之发生反应,变成氚的原子核,同时释放出一些v射线。通过测量v射线的数量,科学家就可知道有多少中微子存在。小柴昌俊还利用位于日本神冈町地下的中微子探测装置探测到的一次遥远超新星爆发过程中释放出的中微子。

  目前科学家一致认为太阳活动的理论模型并没有错误,太阳里能量的确是来自核聚变;而关于中微子的理论则需要修正:中微子是一种不带电的、但是有质量的(虽然质量极小)、穿透力极强的基本粒子。研究人员将新的数据与以往研究成果相结合,发现太阳释放出的电子中微子在旅途中有一部分转变成了其它类型的中微子,而我们目前的测量手段只能测电子中微子,这样就很好的解释了太阳中微子短缺之谜。

  但是到目前为止关于中微子还有很多问题有待进一步研究,比如,中微子质量到底是多少,以及不同种类的中微子之间是怎么转化的。

  由于中微子不容易和其他物质发生相互作用,所以最遥远宇宙中产生的中微子都可以在地球上探测到,这对于了解宇宙深层次的东西非常有帮助。

摘自《图形科普》

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