Come i neutrini potrebbero rivoluzionare le comunicazioni con i sottomarini

Comunicare sott'acqua è un affare complicato, come ti dirà qualsiasi comandante di un sottomarino nucleare. Questi ragazzi possono rimanere nascosti più o meno indefinitamente, operando a una profondità di circa 300 metri, ma comunicare è una vera seccatura a poppa perché può essere fatto solo vicino alla superficie del mare, dove i sottomarini sono più vulnerabili al rilevamento e all'attacco.

Questo perché le onde radio non viaggiano bene attraverso l'acqua. Solo le onde a frequenza estremamente bassa (ELF) (con una frequenza inferiore a 100Hz) fanno progressi in acqua. Ma sono difficili da produrre ad alta potenza e, anche in questo caso, consentono solo velocità di trasmissione dati di circa 1 bit al minuto.

Invece, i sommergibilisti devono fare affidamento su onde a bassissima frequenza (VLF) di pochi kilohertz. Questi consentono fino a 50 bit al secondo, ma non viaggiano lontano attraverso l'acqua. Ciò significa che possono essere rilevati solo trascinando una lunga antenna radio vicino alla superficie.

Quindi come migliorare le cose? Un suggerimento è quello di utilizzare i neutrini per inviare informazioni. Il problema è che sebbene i neutrini passino facilmente attraverso l'acqua, passano anche attraverso tutto il resto, rendendoli quasi impossibili da rilevare. Per questo motivo, la comunicazione dei neutrini è sempre stata considerata un non-starter.

Ora una nuova analisi suggerisce che i sommergibilisti potrebbero essere stati troppo veloci nel respingere i neutrini. Patrick Huber, un fisico della Virginia Tech, afferma che la comunicazione con neutrini potrebbe offrire velocità di trasmissione dati fino a 100 bit al secondo a qualsiasi profondità. Sono tre ordini di grandezza migliori della comunicazione ELF.

Quindi cosa cambia per rendere pratica la comunicazione dei neutrini? Innanzitutto, afferma Huber, è la capacità di generare e rilevare fasci intensi di neutrini. I fisici generano fasci di neutrini accelerando i muoni ad alta energia, che poi decadono, producendo neutrini che, a causa del sistema di riferimento in movimento, sono strettamente collimati. Rilevare i neutrini è semplicemente questo processo al contrario. Quando i neutrini interagiscono con la materia, producono muoni che possono essere rilevati con relativa facilità.

Ma quanto è facile farlo per la comunicazione sottomarina? Huber afferma che uno dei fasci di neutrini più intensi viene utilizzato in un esperimento chiamato MINOS, che invia un raggio dal Fermi National Accelerator Laboratory di Chicago a un rivelatore di muoni da 5.000 tonnellate in una miniera nel Minnesota settentrionale, a una distanza di più di 700 km.

Il guaio è che, nei due anni di funzionamento di MINOS, il rivelatore ha individuato solo 730 muoni. Ovviamente serve un miglioramento di almeno sei ordini di grandezza, dice Huber, senza poco understatement.

Ma crede che questo tipo di miglioramento sarà possibile con la prossima generazione di acceleratori di muoni.

Prendiamo la sua parola su questo. La domanda quindi è come rilevare questi neutrini in un sottomarino. Qui Huber è stato un po' più creativo. Dice che ci sono essenzialmente due modi per individuare i neutrini. Useremmo sottili moduli rilevatori di muoni, che possono essere usati in modo molto simile alla carta da parati per coprire la maggior parte dello scafo della nave, afferma Huber. Questo trasforma efficacemente un sottomarino in un gigantesco rivelatore di muoni cilindrico di circa 10 metri di diametro e 100 metri di lunghezza.

Come funzionerebbe? I muoni sarebbero entrati da un lato del sottomarino e lo avrebbero lasciato dall'altro lato, dice. Vengono misurati i punti di entrata e di uscita, e quindi la direzione del muone può essere ricostruita in modo abbastanza preciso.

Ma c'è anche un altro modo per rilevare i neutrini: cercare la radiazione luminosa Cerenkov prodotta da muoni in rapido movimento nell'acqua di mare. Questo è intelligente, perché ti consente di creare un rilevatore con dimensioni che sono all'incirca la distanza percorsa dalla luce nell'acqua di mare, circa quattro chilometri o giù di lì. Certo, non c'è carenza di rumore da bioluminescenza, luce solare e luce lunare, ma Huber sembra fiducioso che tutto ciò possa essere filtrato.

La conclusione è che i sommergibilisti potrebbero un giorno utilizzare questa tecnologia per ricevere messaggi a velocità di trasmissione dati fino a 100 bit al secondo.

C'è un inconveniente, ovviamente. È possibile solo ricevere messaggi in un sottomarino in questo modo, non inviarli. Non è qualcosa di cui gli spettatori televisivi si sono preoccupati molto. Ma i comandanti dei sottomarini nucleari potrebbero avere una visione diversa.

Rif: arxiv.org/abs/0909.4554 : Comunicazione di neutrini sottomarini

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