[科普中国]-中微子通信

中微子通信是利用中微子运载信息的一种通信方式。中微子是一种质量极小，又不带电的中性基本微粒。它能以近光速进行直线传播，并极易穿透钢铁、海水，以至整个地球，而本身能量损失很少，因此是一种十分诱人的理想信息载体。

背景1933年，著名的奥地利物理学家沃夫根.泡利在研究原子核工业反应时，发现了一些能量的神秘丢失。于是，经过研究，他提出了“中微子”假说。第二次世界大战的爆发，使他的这项研究中断了。直到1956年，人们终于通过实验证明了中微子的存在，核衰变过程中能量丢失之谜也便真相大白了。

实际上，中微子也与质子、电子一样，是构成原子的基本粒子之一。只不过它的质量很轻，连电子的万分之一都抵不上，而且呈现中性。它与其他粒子之间只存在微弱的相互作用力，而不存在电磁力的作用。中微子还具有其他基本粒子所不具备的那股“钻”劲。它可以像《封神榜》中的土行孙那样，神不知、鬼不觉地钻入地下，连硕大的地球也不在话下，可以把地球穿个透。由于中微子与其他组成物质的基本粒子之间相互作用力很弱，因而它在行进过程中的能量损耗也甚微。如果设想让它沿地球直径穿越地球，其能量损耗只有一百亿分之一。此外，它还能潜身海底，遨游太空，出入于厚硕无比的金属墙，真是所向披靡，如入无人之境[见图1(a）、(b)]

中微子的上述特性被揭示后，立即引起了通信专家们的注意。他们认为，利用中微子进行通信比利用电磁波更加优越。因为，在高山、海洋的阻拦面前，电磁波便会显得软弱无力，而中微子毫不在乎。目前，尚存在一些因受自然条件影响，无线电不能光顾的地区。这些听不到广播，看不到电视节目的地区，通称为“盲区”。中微子通信的实用化,将会给这些地区带来福音。中微子通信是利用中微子运载信息的一种通信方式。中微子是一种质量极小，又不带电的中性基本微粒。它能以近光速进行直线传播，并极易穿透钢铁、海水，以至整个地球，而本身能量损失很少，因此是一种十分诱人的理想信息载体。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。

应用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。

研究将中微子应用于通信，也像其他通信方式一样，是将中微子作为信息的载体。我们所要传送的语音、图像、数据等一类信息，都要通过一种叫“调制”的技术将它们“驮载”在中微子束上，藉中微子那种所向无阻的威力，把信息传送到目的地。然后再用一种叫“解调”的技术，把信息从中微子束中分离出来，还其本来面目。从这点上讲，似乎中微子通信在原理上与其他通信方式没有两样。但要让中微子通信投入实际应用，仍然有许多有待进一步解决的问题，例如，如何用较简便的方法获得一些能量极高而又有足够束流强度的中微子束，以及如何对它进行有效的控测和放火等，都是难题。

方法用高能质子加速器来加速质子，以获得几千亿电子伏特的高能的电子束。然后用它来轰击靶子，从而产生不稳定的粒子。这些粒子通过不断的变化，最后形成中微子和其他粒子，然后让它们通过厚钢板，把带电的粒子筛掉，就得到了不带电的中微子束。用中微子束扫描物体后，这些中微子穿越水的时候会发出蓝色的光，用光电増倍器接受，就能获得信息。1982年12月底中微子通信技术首次试验成功。1

优点中微子的穿透力很强，速度接近于光速；沿直线传播，不会发生反射、折射和散射，保密性能好；它可以直接从地球的南极穿到北极，整个过程几乎不损失任何能量；正是因为如此，用它做通信工具，有很大的优势。

困难将中微子通信投入实践，有许多有待解决的问题。例如，如何用简便方法获得束流强度足够高且能量大的中微子束，以及如何对它进行有效的控测和放火等。在现代的一些实验中，中微子通信只能传出十几公里。

例子2012年11月，美国科学家通过粒子加速器将一个相干中微子信息传过了780英尺厚的岩石，首次实现利用中微子进行的通信。未来的研究可能实现在不受中途可能遇到的像地核那样高密度物质影响前提下，利用中微子远距离传输二进制信息。

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武伟 - 高级工程师 - 天津直升机有限责任公司