¿Se puede disparar un neutrino a través de la Tierra?

Mi padre me dijo una vez que leyó un artículo sobre unos físicos que querían lanzar neutrinos a través de la Tierra como una forma de comunicación. La explicación de por qué funcionaría es que, a nivel atómico, en su mayoría solo hay "espacio libre", por lo que no golpearía nada.

¿Hay alguna forma en que esto podría funcionar?

Respuestas (2)

Los rayos cósmicos consisten en todo tipo de partículas que van desde protones pesados ​​hasta neutrinos con poca o ninguna masa. Hay billones de billones de neutrinos pasando por la tierra en un momento dado. Mientras que el protón, los neutrones y otras partículas 'muy sociales' quedan atrapadas por las muchas capas de la corteza, estos neutrinos ermitaños pueden fluir a través de la materia sin verse afectados (de hecho, muchos años luz de acero). Los neutrinos son extremadamente ligeros e interactúan débilmente con la materia. Los humanos ya hemos construido detectores capaces de detectar neutrinos a pesar de que los neutrinos no son seres sociales. Además de atrapar los neutrinos perdidos en los rayos cósmicos, hemos logrado detectar los neutrinos producidos por el choque de partículas en los aceleradores.

Construyendo un teléfono alimentado por Neutrino

Para construir un sistema de comunicación, necesita tres componentes:

  1. Transmisor - creando neutrinos
  2. Medio: los neutrinos no necesitan un medio, pero pueden viajar a través de cualquier medio.
  3. Receptor - detección de neutrinos

Transmisor:

Producir neutrinos es relativamente más fácil que detectar neutrinos. Aplastar protones contra un objetivo producirá un haz de nuevas partículas. Este es un haz muy diverso de partículas que consisten en pesadas y livianas, cargadas y no cargadas (neutrones, protones, electrones, piones, neutrinos y demás). Algunas de estas partículas, como los protones, son partículas no deseadas que deben separarse, mientras que algunas partículas son útiles, como los piones, que se descomponen en muones y electrones que producen neutrinos como productos secundarios.

π + → m + + v m
π − → m − + v m

Las partículas cargadas se pueden eliminar fácilmente rodeando el haz con un campo magnético. Las partículas cargadas se desviarán en una trayectoria curva y, por lo tanto, se pueden separar. Los neutrinos que no están cargados no se ven afectados por el campo magnético. Las partículas pesadas también se pueden eliminar fácilmente mediante el uso de una losa gruesa de acero y cemento. Los neutrinos interactúan débilmente con la materia y, por lo tanto, se abrirán paso fácilmente a través de la losa. En última instancia, se quedará con un haz compuesto en su mayoría por neutrinos.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Detector:

Uno de los detectores que es capaz de detectar neutrinos hoy en día es el Super Kamiokande Neutrino Observatory . El detector se encuentra a casi un kilómetro por debajo de la superficie (de modo que las partículas que interactúan con la materia tienen suficientes posibilidades de hacerlo). La cámara de prueba está hecha de acero y tiene forma de cilindro. Una serie de detectores de luz súper sensibles ( fotomultiplicadores ) rodean los lados de la cámara de prueba. En el fondo de la cámara de prueba hay casi 50.000 toneladas de agua.

La teoría detrás del detector es que algunos de los neutrinos que pasan a través del agua interactúan con la materia y producen partículas perdidas cargadas en el proceso que viajan más rápido que la velocidad de la luz en el agua (la velocidad de la luz en el agua es aproximadamente 0.75 C ; trabajos de física). Esto muestra un fenómeno conocido como radiación Cherenkov que es similar al estampido sónico en los sonidos. Esta luz es capturada por los detectores y amplificada hasta un punto medible.

Conclusión:

La detección de neutrinos es muy difícil y requiere grandes detectores. No es práctico a partir de ahora utilizar neutrinos como medio rápido de comunicación. Por supuesto, la mayoría de los neutrinos atraviesan la tierra sin interactuar, pero hoy en día no es un método de comunicación factible en la práctica. Tal vez algún día en el futuro, podríamos construir un sistema de comunicación alimentado por neutrinos que funcione.

Hay muchos detectores de neutrinos en funcionamiento además de Kamiokande. Quizás le interese leer sobre "Ice Cube", una serie de detectores de luz orientados hacia abajo en el glaciar sobre el Polo Sur que detecta neutrinos que han viajado a través de la Tierra desde el hemisferio norte celeste. También hay detectores de neutrinos en funcionamiento en Gran Sasso en Italia y en la mina Soudan en los EE. UU., que detectan neutrinos producidos por aceleradores que viajan a través de un espesor sustancial de la corteza terrestre.

Fuente: robar (visible en los comentarios de esta respuesta)

Buena respuesta. En realidad, hay muchos detectores de neutrinos en funcionamiento además de Kamiokande. Quizás le interese leer sobre "Ice Cube", una serie de detectores de luz orientados hacia abajo en el glaciar sobre el Polo Sur que detecta neutrinos que han viajado a través de la Tierra desde el hemisferio norte celeste. También hay detectores de neutrinos en funcionamiento en Gran Sasso en Italia y en la mina Soudan en los EE. UU., que detectan neutrinos producidos por aceleradores que viajan a través de un espesor sustancial de la corteza terrestre.
No estoy seguro de usar 'masivo' para describir un protón cuando hay átomos de hierro en los rayos cósmicos.
No aborda cómo se transmitiría el mensaje. ¿Supongo que la modulación sería por código Morse? interrupciones en la señal? En una era digital tampoco muy eficiente.
@annav Puedo idear todo tipo de métodos. Utilice un neutrino electrónico como 1 y el neutrino muón como 0 ? ¿Cómo nos separamos? No sé. Además, los neutrinos muónicos superan significativamente en número a los neutrinos electrónicos. O tal vez use el modo de comunicación en serie, haz = 1, sin haz = 0 en una sola línea. Intentaron usar la comunicación en serie en Fermilab y tuvieron un error del 1% y una tasa de baudios de 0.1 bit/segundo y la distancia que el rayo tuvo que viajar fue de solo 240 m de roca. No estoy seguro de ningún método definitivo que garantice que funcione, así que no intenté responderlo.
Las interacciones son demasiado débiles para que algo así funcione. Solo se puede controlar el encendido y apagado del haz, sin correlaciones. Se podría manipular el número de neutrinos en el haz, pero sería demasiado tosco para la modulación de amplitud. Los neutrinos no forman una onda macroscópica como lo hacen los fotones.

En este hilo ya se abordó una buena descripción de la generación de haces de neutrinos y cómo se pueden detectar.

Pero más a la pregunta: sí, la gente ya ha disparado (intencionalmente) haces de neutrinos a través de los cordones de la tierra y los ha detectado (a propósito). Ejemplos que se remontan a algunos años: CERN a Gran Sasso (CNGS) o haces de neutrinos de Fermilab al detector Minerva cercano a aproximadamente 1 km de distancia.

El último experimento de Fermilab, alrededor de 2012, pudo enviar el mensaje "neutrino" al detector Minerva usando código binario. Aproximadamente uno de cada diez mil millones de neutrinos interactúa con el detector Minerva. Al enviar grandes ráfagas de neutrinos emitidos sistemáticamente en Fermilab, se puede generar un código binario que puede enviar información. Por supuesto, no es muy eficiente, pero se ha hecho. Además, aunque los neutrinos pueden atravesar la materia esencialmente sin ser perturbados y, en principio, podrían enviar mensajes arbitrariamente lejos a través de cualquier obstáculo, los haces de neutrinos no están particularmente bien colimados. Como resultado, para grandes distancias, el flujo de neutrinos en la fuente tendría que ser muy alto para detectar un número suficiente para recibir un mensaje, incluso para los detectores más sensibles del mundo.

CERN Neutrinos a Gran Sasso (CNGS)

Comunicaciones de partículas de neutrinos

¿Se puede disparar un neutrino a través de la Tierra?
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