Cómo los neutrinos podría revolucionar las comunicaciones con submarinos

Enviar mensajes usando neutrinos podría aumentar tasa de transferencia de datos en hasta tres órdenes de magnitud.

La comunicación subacuática es un tema complicado, como te dirá cualquier comandante de un submarino nuclear. Estos muchachos pueden permanecer ocultos más o menos indefinidamente, operando a una profundidad de aproximadamente 300 metros, pero la comunicación es un serio problema debido a que sólo puede realizarse cerca de la superficie marina, donde los submarinos son más vulnerables a la detección y ataque.

Esto se debe a que las ondas de radio no viajan bien a través del agua. Sólo las ondas de Frecuencia Extremadamente Baja (ELF, con una frecuencia menor de 100Hz) hacen alguna incursión en el agua. Pero son difíciles de producir a alta potencia, e incluso entonces, sólo permiten unas tasas de transmisión de aproximadamente 1 bit por minuto.

A su vez, los marineros del submarino tienen que depender de las ondas de Frecuencia Muy Baja (VLF) de unos pocos kilohertzios. Estas permiten hasta 50 bits por segundo, pero no viajan lejos a través del agua. Esto significa que sólo pueden detectarse arrastrando una gran antena de radio cerca de la superficie.

Entonces, ¿cómo mejorar este problema? Una sugerencia es usar neutrinos para enviar información. El problema es que aunque los neutrinos pasan fácilmente a través del agua, también atraviesan todo con la misma facilidad, haciéndolos casi imposibles de detectar. Por tal razón, la comunicación mediante neutrinos siempre se ha pensado que era un imposible.

Ahora, un nuevo análisis sugiere que los marineros del submarino pueden haber sido rápidos al descartar los neutrinos. Patrick Huber, físico de Virginia Tech, dice que la comunicación mediante neutrinos puede ofrecer tasas de transferencia de datos de hasta 100 bits por segundo a cualquier profundidad. Esto es tres órdenes de magnitud mejor que la comunicación ELF.

Pero, ¿qué hay que cambiar para que la comunicación mediante neutrinos sea práctica? Primero, dice Huber, es la capacidad para generar y detectar intensos rayos de neutrinos. Los físicos generan rayos de neutrinos acelerando muones a altas energías, los cuales al decaer, producen neutrinos que, debido al marco de referencia en movimiento, están estrechamente colimados. Detectar neutrinos es simplemente invertir este proceso. Cuando los neutrinos interactúan con la materia, producen muones que pueden detectarse con relativa facilidad.

¿Y cómo de fácil puede ser esto para la comunicación submarina? Huber dice que uno de los rayos de neutrinos más intensos se usa en un experimento conocido como MINOS, el cual envía un rayo desde el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi en Chicago a un detector de muones de 5000 toneladas en una mina al norte de Minnesota, una distancia de más de 700 km.

El problema está en que, en los dos años que lleva funcionando MINOS, el detector sólo ha observado 730 muones. “Obviamente, se requiere una mejora de al menos seis órdenes de magnitud”, dice Huber, como poco.

Pero cree que este tipo de mejora será posible con la próxima generación de aceleradores de muones.

Vamos a darle la razón en esto. La cuestión es entonces, cómo detectar estos neutrinos en un submarino. Aquí, Huber ha sido un poco más creativo. Dice que hay básicamente dos formas de observar neutrinos. “Usaríamos finos módulos detectores de muones, los cuales pueden usarse de la misma forma que un papel de pintar para cubrir la mayoría del casco de la nave”, dice Huber. Esto convierte de forma efectiva a un submarino en un detector de muones cilíndrico gigante de aproximadamente 10 metros de diámetro y 100 metros de largo.

¿Cómo funcionaría esto? “Los muones entrarían en un lado del submarino y saldrían por el otro”, comenta. “Se miden los puntos de entrada y salida, y de esta forma la dirección del muón puede reconstruirse con bastante precisión”.

Pero también existe otra forma de detectar neutrinos: buscar la radiación de luz Cerenkov producida por los muones de movimiento rápido en el agua del mar. Esto es algo muy inteligente, debido a que te permite crear un detector con dimensiones que tienen aproximadamente la distancia que viaja la luz en el agua del mar, un kilómetro más o menos. Por supuesto, no hay escasez de rudio procedente de la bioluminiscencia, luz solar y luz lunar, pero Huber parece confiado en que todas estas fuentes puedan filtrarse.

El fondo es que los marineros de un submarino podrían algún día usar esta tecnología para recibir mensajes a tasas de transferencia de hasta 100 bits por segundo.

Existe un obstáculo, por supuesto. Sólo es posible recibir mensajes en un submarino con este método, no enviarlos. Esto no es algo que haya preocupado mucho a los televidentes. Pero los comandantes de submarinos nucleares pueden tener una opinión distinta.


Fecha Original: 5 de octubre de 2009
Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/0909.4554: Submarine neutrino communication
Enlace Original

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Comments (9)

  1. Cómo los neutrinos podría revolucionar las comunicaciones con submarinos…

    [c&p] Enviar mensajes usando neutrinos podría aumentar tasa de transferencia de datos en hasta tres órdenes de magnitud. La comunicación subacuática es un tema complicado, como te dirá cualquier comandante de un submarino nuclear. Estos muchachos p…

  2. Meter a la industria militar en la investigación de los neutrinos puede ser una manera de aumentar los fondos disponibles. Quizás no será de seis ordenes de magnitud pero ayudará bastante.

  3. Toranks

    “Esto es algo muy inteligente, debido a que te permite crear un detector con dimensiones que tienen aproximadamente la distancia que viaja la luz en el agua del mar, un kilómetro más o menos.”

    ¿Que la distancia que viaja la luz en el agua es qué? xD
    De todas formas, un submarino no mide 1 km de longitud. ¿A qué se refiere con la longitud o dimensiones del detector?

    • Jurl

      Entiendo que se refiere antes de ser dispersada y absorbida totalmente por el medio :P Es como las cámaras de humedad (cámaras de niebla) de los primitivos detectores de partículas, pero usadas a lo bestia, es decir, con el pedazo de océano disponible que haga falta.

      Creo que lo dice Qwerty tiene más alcance de lo que él mismo piensa xD…

      • Estoy de acuerdo en que no sería muy buena idea, Jurl lo has dicho muy bien.

        Pero parece como si Patrick Huber hubiese abrazado al diablo con tal de seguir investigando; si lo creen capaz de lo que dice le darán dinero para investigar y da la impresión que las consecuencias le importan poco…

  4. Al leer esta noticia y la sugerencia que expone (interesante en un futuro), me acordé de otra que leó en otro lugar u que, de alguna manera, nos viene a decir que las dificultades no son pocas, aunque, eso sí, en todos estas nuevas ideas que tienen, en realidad, una base científica, no podemos descartar que, en un futuro más o menos próximo estén operativas.

    Lo que he leído del tema es:

    “La propuesta parece un poco descabellada porque los neutrinos son unas partículas extremadamente difíciles de detectar, pues interaccionan muy poco con la materia ordinaria. De hecho ahora mismo miles de neutrinos atraviesan el cuerpo del lector, muchos de ellos procedentes del otro lado de nuestro planeta y después de haber traspasado la Tierra entera de lado a lado.

    Para poder detectarlos normalmente se disponen toneladas de material con la esperanza de que uno de ellos, entre muchos, interaccione y lo podamos detectar.

    La comunicación con neutrinos ofrecería una ventaja sobre las ondas electromagnéticas. Éstas se ven bloqueadas por la materia cósmica como el gas y el polvo interestelar, pero los neutrinos lo encontrarían transparente.

    Los investigadores asumen que los supuestos neutrinos utilizados para las comunicaciones formarían parte de un haz pulsado unidireccional con variaciones en el tiempo para así poder transmitir información. Suponen que para evitar interferencias con los neutrinos naturales la hipotética civilización utilizaría neutrinos con una energía superior a millón de electrón-voltio. Sugieren que se intente sintonizar neutrinos con una energía de 6,3 Petaelectrónvoltio (6,3 × 10 exp.15 eV). A esa energía los neutrinos electrónicos (hay varios tipos de neutrinos) interaccionan con un electrón para crear una partícula W.

    Estos investigadores sugieren que la producción de esos neutrinos por parte de los extraterrestres se podría conseguir haciendo colisionar en un acelerador de partículas electrones y positrones a una energía igual la masa del Zº. Es un proceso simple, pero requiere de enormes cantidades de energía. Se necesitaría un 3% de la potencia solar para mandar uno de estos mensajes a una distancia de 3000 años luz.

    La segunda idea es acelerar piones hasta una energía de 30 PeV y luego separar los productos de su desintegración en muones y neutrinos muónicos. Es de suponer que la fabulosa posibilidad de alcanzar esos 30 PeV estaría al alcance de una hipotética civilización avanzada.

    La capacidad de detectar estos neutrinos la tendríamos nosotros al alcance gracias a la próxima generación de detectores que utilizarán volúmenes de masa del orden de un kilómetro cúbico, como el IceCube o su sucesor Antares. En el Mediterráneo los detectores Nemo y Nestor también podrían hacerlo.

    La señal sería clara, ya que no hay procesos naturales que produzcan neutrinos a 6,3 PeV. Detectar unos cuantos sería una señal clara de su origen artificial.”

    Buena idea pero, no parece que sea fácil llevarla a la práctica. Al menos de momento. Sin embargo, se agradecen las ideas surgidas de mentes científicas que tratan de poner su granito de arena enla evoluvción del saber para resolver problemas muy reales que la Física trata de solucionar.

  5. Por ser de interés la noticia, sigo husmeando por ahí y encuentro muchas noticias relacionadas con la idea de transmitir comunicaciones a través de los neutrinos y, los datos hallados son, aunque algo futuristas y de implantación imposible en la actualidad, de un interés máximo para el posible desarrollo futuro.

    Si conocemos lo que un neutrino es, ese objeto tan diminuto que se podría definir como infinitesimal, no parece fácil la tarea de utilizarlo para retransmitir mensajes, aunque de lograrlo, las ventajas están bien a la vista en relación a los fotones. He podido leer:

    “Las especificaciones del sistema asustan; las partículas generadas tendrían una energía de unos 10 PeV (10.000 TeV); para hacernos una idea de lo que supone esta cifra, pensemos que el LHC suministra partículas con una energía de 7 TeV.

    El haz de neutrinos obtenido se podría modular variando la proporción de neutrinos y antineutrinos, aunque también se podría utilizar la temporización entre pulsos de neutrinos (como los puntos y las rayas en el código Morse). Este haz podría llegar a cualquier punto de la galaxia, posibilitando las comunicaciones interestelares e intergalácticas.

    El artículo nos proporciona otro dato interesante; si existe alguna civilización alienígena que ya utilice este sistema de comunicaciones, los detectores de neutrinos de nueva generación (actualmente en construcción), podrían detectar sus señales.”

    ¡Hay tantas buenas ideas! que es una verdadera lástima que, muchas veces, por falta de presupuestos y subvenciones que dependen de políticos insensibles a la Ciencia, quedan arrinconados en un cajón e incluso, muchos llegan a perderse.

    A veces podemos llegar a ser tan torpes como para no darnos cuenta de que, el único camino de nuestra evolución está en manos de la Ciencia

  6. Sagutxo

    Me parece que en este caso el problema no pasa solamente por el presupuesto o las subvenciones. Creo que todo se complica por esa maldita manía que tienen los neutrones en no interactuar casi con el resto de la materia. Vamos, que les gusta pasar desapercibidos y no les va hacer migas con el vecindario: pasan de largo sin tocarnos. La misma ventaja que les otorga el poder penetrar la materia sin interactuar es la que paradójicamente representa su mayor desventaja, que es difícil su interacción, ergo detección.

    Fijáos en esta frase del artículo: “El problema está en que, en los dos años que lleva funcionando MINOS, el detector sólo ha observado 730 muones. “Obviamente, se requiere una mejora de al menos seis órdenes de magnitud”, dice Huber, como poco.”

    Con eso está todo dicho. Se necesitan bastantes avances y otro Marconi para que los neutrinos se conviertan en un medio de comunicación factible… larga vida a nuestras viejas ondas electromagnéticas !

    SalU2

  7. Sagutxo

    Fe de erratas:

    Donde dije “Creo que todo se complica por esa maldita manía que tienen los neutrones en… ” quise decir “Creo que todo se complica por esa maldita manía que tienen los NEUTRINOS en…”

    SalU2

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