Neutrinoer baner vej for effektiv ubådskommunikation
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Neutrinoer baner vej for effektiv ubådskommunikation

En bithastighed på 0,1 bit/s og en fejlrate på 1 procent lyder ikke umiddelbart imponerende. Men det er ikke desto mindre et gennembrud for kommunikation med neutrinoer.

Det kan være vejen til mere effektiv kommunikation med ubåde, hvor man er vant til at bruge langsomme og dårlige kommunikationsforbindelser.

Det er en international forskergruppe ved Fermilab i USA, der står bag verdens første digitale neutrinokommunikation ved at sende et signal over 1.035 meter, heraf 240 meter gennem jorden.

Udgangspunktet er acceleratoren ved Fermilab, der leverer bundter af protoner med en energi på 120 gigaelektronvolt med en varighed af 8,1 mikrosekunder med mellemrum på 2,2 sekunder.

Læs også: Cern bekræfter mulige fejl i neutrino-eksperiment

Protonerne rammer et mål af kulstof, og der dannes pioner og kaoner, som henfalder til blandt andet neutrinoer (for de særligt interesserede er sammensætningen i beamet ca. 88 procent myon-neutrinoer, 11 procent myon-antineutrinoer og 1 procent elektron-neutrinoer).

Hver puls indeholder 2 x 10^13 neutrinoer, hvoraf i gennemsnit lidt under én (0,8) kan detekteres i en 170 ton detektor, som er placeret godt en kilometer væk og skærmet af 210 meter klippe.

Det lave detektionsniveau skyldes, at neutrinoer er notorisk vanskelige at detektere, da de kun i meget ringe omfang vekselvirker med andre partikler. Af samme grund passerer neutrinoer fra Solen stor set uhindret gennem jordkloden med en intensitet på omkring 10^11 neutrinoer pr. kvadratcentimeter pr. sekund.

Næsten én neutrino detekteret ud af mere end 10.000 milliarder er faktisk et godt resultat, og MINERvA-detektoren ved Fermilab regnes for en af verdens bedste neutrinodetektorer.

Læs også: Hurtigere-end-lyset-partikler skyldes løs lysleder

Forskerne overførte ordet 'neutrino' ved at bruge de sidste fem bit i 7-bit ASCII-koden til at repræsentere hvert bogstav.

Den 40 bit lange signal blev omdannet til et 92 bit signal med en fejlkorrigerende kode, som Nasa og ESA også anvender til kommunikation i rummet.

Der tilføjes desuden et synkroniseringssignal på 64 bit, så man får en ramme på 156 bit. Pulser kommer med mellemrum på 2,2 sekunder - mere præcist er det 25 pulser inden for et tidsrum af 61,267 sekunder, da der er en pause på 6,267 sekunder efter 25 pulser.

Eksperimentet varede i 142 minutter, hvor der blev sendt 3.454 pulser.

Læs også: Flere skeptiske forskere bakker op om hurtigere-end-lys neutrinoer

Målingerne viste, at det krævede to 92-bit-signaler at kunne dekode beskeden med en fejlrate på 1 procent.

Da kun 40 bit repræsenterer data, svarer det til 40/184 data pr. puls eller ca. 0,22 bit/puls. Da der er 2,2 sekunder mellem hver puls, giver det en databithastighed på 0,1 bit/s.

Der er lang vej til, at man kan udnytte neutrinokommunikation med den komplicerede måde, man skal danne og ikke mindst detektere neutrinoer på.

En to år gammel videnskabelig artikel har dog beskrevet, at det burde være muligt at opnå datahastigheder på op til 1-100 bit/s til ubåde med neutrinokommunikation på de dybder, ubådene opererer på.

Det er op til 1.000 gange højere end kommunikation baseret på ELF-signaler (extremely low frequency) ved frekvenser under 100 hertz, som er den eneste form for kommunikation, der kan nå ubåde flere hundrede meter nede i havet. VLF-kommunikation med højere datahastighed kan bruges, når ubåde er tættere på havoverfladen.

Dokumentation

Demonstration of Communication using Neutrinos
Submarine neutrino communication
Kommunikation med ubåde

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Basalt set er det ligesom alm. kommunikation, der kører med fotoner. Neutrinoer har en meget lang gennemtrængningsdybde (ca. på størrelse med solsystemet) så det betyder intet, at ubåden er under vand.

Neutrinoer er en form for energi-bærende partikel, som kan kodes med information (1 bit = 1 puls af neutrinoer). De skabes typisk når der sker noget voldsomt i et atom, fx. hvis det splittes, og det kræver derfor en accelerator for at kunne lave tilstrækkelig mange neutrinoer.

Det store problem ligger i at opfange neutrinoerne, netop pga. deres enorme gennemtrængning. Derfor er der langt til at bruge det som kommunikations medie. Stort set hele ubåden skulle være et detektionskammer for bare at have en chance for at kunne modtage.

  • 2
  • 0

Det forekommer mig, at en detektor på 170 tons er lidt vel stor at slæbe med i en ubåd, og der skal vel også være plads til en accelerator til at generere de neutrinoer der skal bruges for at kunne svare ?

  • 0
  • 0

Det forekommer mig, at en detektor på 170 tons er lidt vel stor at slæbe med i en ubåd [...]

Ubåden er dykket ned i en meget større detektor end 170 tons ;-)

Groft sagt er ideen at montere nogle fotomultiplikatorer på ubåden og holde øje med lysglimt fra neutrinohenfald i havvandet.

Hvordan man så lige vil få det til at virke mht. begroning og tryk er et godt spørgsmål, men for forskere der er truet af budgetnedskæringer er enhver undskyldning for at hive penge ud af DARPA en god undskyldning.

  • 0
  • 0

Det forekommer mig, at en detektor på 170 tons er lidt vel stor at slæbe med i en ubåd, og der skal vel også være plads til en accelerator til at generere de neutrinoer der skal bruges for at kunne svare ?

Det kan vaere man kan komme paa en metode til at bruge vandet omkring ubaaden som detektor. Den neutrinodetektor man har paa sydpolen bruger en 1x1x1 km isblok som detektor hvor fotodetektorer der er boret ned i isen maaler Cherenkov bremsestraalingen fra de partikler en uheldig neutrino er stoedt ind i.

En u-baad i sit rette element svoemmer jo rundt i en stor detektor.

  • 1
  • 0

ELF kommunikation kræver ikke at man kender den præcise placering af ubåden, men hvis man skal sende neutrinoer i nærheden af ubåden skal man vide hvor den er med ret stor præcision. Hvordan vil de finde ud af det?

  • 1
  • 0

ELF kan de heller ikke svare på. De skal kunne ligge i skjul og vente på ordre . Hvis de selv vil sende kan de komme op, sende og forsvinde igen.

  • 0
  • 0

Med 0,1 bit/s bliver spam-mails næppe det store problem, og kunsten at sende informationstætte meddelelser kan måske se frem til at blive genopdaget.

  • 0
  • 0

ELF kan de heller ikke svare på. De skal kunne ligge i skjul og vente på ordre . Hvis de selv vil sende kan de komme op, sende og forsvinde igen.

ELF signalet virker som en stribe "Her går det godt" postkort.

Rækkefølgen af tegn der sendes er bestemt af en kryptografisk funktion og så længe udbåden modtager hvad funktionen forudsiger bliver de hvor de er "holding targets at risk" som det hedder.

Hvis der er brug for at få ubåden til at reagere kan der gøres flere forskellige ting ved ELF signalet, der står noget om det i en rapport til kongressen, men ikke hvad betydning det har.

Groft sagt kan de slukke helt. Det får formodentlig alle ubåde til at "ringe hjem" for at høre om sikringen er sprunget. Man må formode at det er en noget mistænksom procedure.

Man kan "fejlmodulere", dvs. vende nogle bits om i et eller andet mønster. Det er formodentlig nok til at få en bestemt ubåd til at "ringe hjem" mens alle de andre forholder sig tavse.

Endelig kan man invertere hele signalet, hvilket nogle har fortolket som "skyd for helvede!" Personligt tror jeg det er mere sandsynligt at det betyder "Vi har et problem med senderen vi vender tilbage om XXX minutter" eller noget i den stil.

Signalet sendes på 76 Hz (ja, Hz, ikke kHz!) og kan modtages ved at føde en god lang antenne direkte ind i et lydkort.

  • 1
  • 0

Oplagt til kommunikation i rummet gennem planeter og f.eks. månen.

Hvis hastigheden overgår lyset - så måske oplagt. Men sker kommunikationen med lysets hastighed, er der næppe nogen særlig gevindst, ved at bruge neutrinoer i rummet. Planeter udgør en meget lille del af rummet, og en laser vil sandsynligvis være mere egnet, til en synlig planet.

På grund af den ringe vekselvirkning med stof, vil vi sandsynligvis få svært ved at lave neutrino spejle, neutrino lasere osv. Det betyder, at der skal bruges en umådelig energi, for at kommunikere med neutrioner. Langt de fleste, bliver udsendt i en forkert retning, da vi ikke kan styre retningen med noget materiale. Og af dem, der endeligt udsendes i den rette retning, rammer kun meget få vores detektor, og endnu færre detekteres. Stort set, må neutinoer anses, for at være umulige til kommunikation over store afstande, så længe man ikke kan styre retningen af dem meget præcist, og at de passerer stort set uhindret, igennem enhver detektor.

  • 1
  • 0

På grund af den ringe vekselvirkning med stof, [...]

En af grundene til fermis paradox kunne jo være at vi ikke har fundet ud af hvordan man bygger en ordentlig sender og modtager til neutrinoer.

De første radio sendere og modtagere vi byggede havde også elendig virkningsgrad, ligeså vores lasere.

  • 1
  • 0

De første radio sendere og modtagere vi byggede havde også elendig virkningsgrad, ligeså vores lasere.

Hvis effektiviteten skal øges, så er nødvendigt med en langt bedre forståelse af neutrinoen, end vi har idag. Og spørgsmålet er, om det er muligt. Hvis neutrinoerne går stort set igennem alt stof, så er det ikke muligt. Hvis vi derimod opdager at stof, med en bestemt karakter, kan stoppe neutrinoer med en bestemt energi - eller bare afbøje neutrinoer - så kan det måske være muligt. Men ifølge teorierne, er neutrinoerne så små, at det ikke er muligt.

  • 0
  • 0

Hvis effektiviteten skal øges, så er nødvendigt med en langt bedre forståelse af neutrinoen, end vi har idag. Og spørgsmålet er, om det er muligt. Hvis neutrinoerne går stort set igennem alt stof, så er det ikke muligt. Hvis vi derimod opdager at stof, med en bestemt karakter, kan stoppe neutrinoer med en bestemt energi - eller bare afbøje neutrinoer - så kan det måske være muligt. Men ifølge teorierne, er neutrinoerne så små, at det ikke er muligt.

Der skal i hvert fald ske en gevaldig landvinding indenfor neutrinoviden og håndtering, der må inkludere evnen til at fokusere neutrinoer for at styre retningen af et signal; bedre modtage faciliteter, der ikke fylder et helt ocean.

Vi taler nok om bedrifter, der lige nu kan sammenlignes med at lave superledning ved stuetemperatur i stor stil, dvs. til samfundsbehov.

  • 0
  • 0

Hvorfor bruger de ikke bare semafor signalering,der er for store proglemer med at holde flagne tørre

  • 0
  • 0

Hvordan man så lige vil få det til at virke mht. begroning og tryk er et godt spørgsmål, men for forskere der er truet af budgetnedskæringer er enhver undskyldning for at hive penge ud af DARPA en god undskyldning.

Tja, og så skal man lige undgå at blive blændet af bioluminiscens og dybt nedtrængende fotoner. Der skulle heller ikke så meget til før fotomultipllikatorrørene i Super Kamiokande-II imploderede.Der går nok et stykke tid inden VLF'en bliver skrottet.

  • 1
  • 0

PHK:

ELF signalet virker som en stribe "Her går det godt" postkort.
...
Signalet sendes på 76 Hz (ja, Hz, ikke kHz!) og kan modtages ved at føde en god lang antenne direkte ind i et lydkort.

Wiki påstår at senderne blev taget ned i 2004, uden at nævne hvad der skulle have erstattet dem.
http://en.wikipedia.org/wiki/Communication...

Vh Flemming

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten