[科普中國]-中微子通信

中微子通信是利用中微子運載信息的一種通信方式。中微子是一種質(zhì)量極小，又不帶電的中性基本微粒。它能以近光速進行直線傳播，并極易穿透鋼鐵、海水，以至整個地球，而本身能量損失很少，因此是一種十分誘人的理想信息載體。

背景1933年，著名的奧地利物理學家沃夫根.泡利在研究原子核工業(yè)反應時，發(fā)現(xiàn)了一些能量的神秘丟失。于是，經(jīng)過研究，他提出了“中微子”假說。第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，使他的這項研究中斷了。直到1956年，人們終于通過實驗證明了中微子的存在，核衰變過程中能量丟失之謎也便真相大白了。

實際上，中微子也與質(zhì)子、電子一樣，是構(gòu)成原子的基本粒子之一。只不過它的質(zhì)量很輕，連電子的萬分之一都抵不上，而且呈現(xiàn)中性。它與其他粒子之間只存在微弱的相互作用力，而不存在電磁力的作用。中微子還具有其他基本粒子所不具備的那股“鉆”勁。它可以像《封神榜》中的土行孫那樣，神不知、鬼不覺地鉆入地下，連碩大的地球也不在話下，可以把地球穿個透。由于中微子與其他組成物質(zhì)的基本粒子之間相互作用力很弱，因而它在行進過程中的能量損耗也甚微。如果設(shè)想讓它沿地球直徑穿越地球，其能量損耗只有一百億分之一。此外，它還能潛身海底，遨游太空，出入于厚碩無比的金屬墻，真是所向披靡，如入無人之境[見圖1(a）、(b)]

中微子的上述特性被揭示后，立即引起了通信專家們的注意。他們認為，利用中微子進行通信比利用電磁波更加優(yōu)越。因為，在高山、海洋的阻攔面前，電磁波便會顯得軟弱無力，而中微子毫不在乎。目前，尚存在一些因受自然條件影響，無線電不能光顧的地區(qū)。這些聽不到廣播，看不到電視節(jié)目的地區(qū)，通稱為“盲區(qū)”。中微子通信的實用化,將會給這些地區(qū)帶來福音。中微子通信是利用中微子運載信息的一種通信方式。中微子是一種質(zhì)量極小，又不帶電的中性基本微粒。它能以近光速進行直線傳播，并極易穿透鋼鐵、海水，以至整個地球，而本身能量損失很少，因此是一種十分誘人的理想信息載體。早在1956年，歐美學者通過復雜的核反應實驗，證明中微子確實存在。上世紀70年代以后，科學家對中微子通信產(chǎn)生了極大的興趣，美科學家將中微子加速器產(chǎn)生的中微子束，發(fā)送至遠隔千山萬水的另一端接收裝置中，結(jié)果成功地感測到了穿山涉水而來的中微子信號。80年代，前蘇聯(lián)和美國進行了中微子通信的試驗，獲得了成功。1984年美國一海軍基地的一艘核潛艇做水下環(huán)球潛行時，正是采用中微子通信保證了聯(lián)系。迄今確認的中微子有電子中微子和m介子中微子?？茖W家分別進行的海下、地下種種試驗，使中微子通信初顯端倪。

應用中微子通信有著很高的應用價值，如果采用中微子束通信，則將為海軍對潛艇進行保密通信提供強有力的手段；即使是發(fā)生了熱核戰(zhàn)爭，安置在巖石深處的指揮部的中微子束發(fā)射機不會受到原子彈的破壞，還能正常工作；地質(zhì)學家用中微子波束可給地球拍照，尋找地殼中的礦藏資源。中微子通信除用于全球人類通信外，還可以穿透月球，與月球背面的空間站聯(lián)系，或者作為“特殊信使”，遨游太空，與在宇宙中飛行的宇宙飛船直接聯(lián)系，為人類征服宇宙服務(wù)。科學家還設(shè)想發(fā)射中微子訊號讓它在太空中穿行，去尋找外星人。

研究將中微子應用于通信，也像其他通信方式一樣，是將中微子作為信息的載體。我們所要傳送的語音、圖像、數(shù)據(jù)等一類信息，都要通過一種叫“調(diào)制”的技術(shù)將它們“馱載”在中微子束上，藉中微子那種所向無阻的威力，把信息傳送到目的地。然后再用一種叫“解調(diào)”的技術(shù)，把信息從中微子束中分離出來，還其本來面目。從這點上講，似乎中微子通信在原理上與其他通信方式?jīng)]有兩樣。但要讓中微子通信投入實際應用，仍然有許多有待進一步解決的問題，例如，如何用較簡便的方法獲得一些能量極高而又有足夠束流強度的中微子束，以及如何對它進行有效的控測和放火等，都是難題。

方法用高能質(zhì)子加速器來加速質(zhì)子，以獲得幾千億電子伏特的高能的電子束。然后用它來轟擊靶子，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的粒子。這些粒子通過不斷的變化，最后形成中微子和其他粒子，然后讓它們通過厚鋼板，把帶電的粒子篩掉，就得到了不帶電的中微子束。用中微子束掃描物體后，這些中微子穿越水的時候會發(fā)出藍色的光，用光電増倍器接受，就能獲得信息。1982年12月底中微子通信技術(shù)首次試驗成功。1

優(yōu)點中微子的穿透力很強，速度接近于光速；沿直線傳播，不會發(fā)生反射、折射和散射，保密性能好；它可以直接從地球的南極穿到北極，整個過程幾乎不損失任何能量；正是因為如此，用它做通信工具，有很大的優(yōu)勢。

困難將中微子通信投入實踐，有許多有待解決的問題。例如，如何用簡便方法獲得束流強度足夠高且能量大的中微子束，以及如何對它進行有效的控測和放火等。在現(xiàn)代的一些實驗中，中微子通信只能傳出十幾公里。

例子2012年11月，美國科學家通過粒子加速器將一個相干中微子信息傳過了780英尺厚的巖石，首次實現(xiàn)利用中微子進行的通信。未來的研究可能實現(xiàn)在不受中途可能遇到的像地核那樣高密度物質(zhì)影響前提下，利用中微子遠距離傳輸二進制信息。

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武偉 - 高級工程師 - 天津直升機有限責任公司