Мюоны не помогут
Приветствую вас, глубокоуважаемые!
Всратосфера - одно из мест, где рождаются мюоны
Preface
Третьего дня (С) попалась на глаза такая новость Разработан подземный «GPS»: он работает на основе мюонов космических лучей. В том смысле что все, все пропало, вы с вашим подводным GPS больше не нужны, тут вот мюоны из всратосферы пронзают толщи и по ним теперь и будут определять координаты под водой.
Тут, кстати, интересный момент: когда читаешь новости, с твоей профессиональной сферой никак не связанные, они кажутся вполне нормальными (если в наше время к новостям вообще можно применить такое прилагательное). Но иногда, редко-редко, попадается что-то знакомое. И если убрать эмоции, то остается только концентрированный испанский стыд.
Статья японских авторов, на основе которой hightech.fm выпустили новость, доступна, например, на ScienceDirect.
Для начала давайте проследим эрозию заголовков. В оригинале статья называется:
First navigation with wireless muometric navigation system (MuWNS) in indoor and underground environments, что можно перевести как Первые опыты навигации при помощи беспроводной мюометрической навигационной системы (MuWNS) под землей и внутри помещений
Я не специалист по ядерной физике и не ручаюсь за точность термина мюометрический, может быть, правильнее сказать мюонометричсеский. Но я кое-что знаю про навигацию и навигационные системы.
Заголовок новости у hightech.fm звучит чуть менее конкретно, как бы усыпляя наше внимание:
Исследование подтвердило возможность создания системы для навигации под землей на основе сверхбыстрых частиц космических лучей.
А крупный заголовок в самом верху звучит куда более желто:
Разработан подземный «GPS»: он работает на основе мюонов космических лучей
Предыстория понятна, теперь, как говорил классик:
Давайте разбираться
Про мюоны нам нужно знать самый минимум неоспоримых фактов:
- Они существуют
- Летят на околосветовых скоростях
- Слабо взаимодействуют с веществом и могут проходить километры горной породы (до 2 км) или толщу океанской воды (до 8.5 км)
- Их можно детектировать
- Условно, поток мюонов составляет тысячи частиц на квадратный метр поверхности в минуту
Работает, описанная в японской статье система, следующим образом:
Есть референсные детекторы и есть детектор на навигационном приемнике. Мюон пролетает через один из референсных детекторов, положение которого известно. Это событие фиксируется, то есть в некий момент времени частица попала в детектор.
С некоторой ненулевой вероятностью этот же самый мюон попадает в детектор, расположенный на навигационном приемнике. Это событие так же фиксируется, то есть, опять определяется момент времени.
А теперь внимание: если часы референсного детектора, по которым он фиксирует событие, и часы на навигационном приемнике синхронизированы, то у нас получается измеренная дальность между референсным детектором и детектором на навигационном приемнике. Три таких измерения (выполненные с разными референсными детекторами, а следовательно, с разными мюонами) позволяют рассчитать положение в трехмерном пространстве. Мы принимаем, что скорость мюона ядерщики знают или умеют хорошо измерять.
Обеспечить точную синхронизацию часов детекторов и навигационного приёмника с требуемой точностью на какое-то время (десятки минут или часы или даже дни) в принципе возможно.
Но.
“Всегда ведь есть какое-то “но”, правда?” (С)
Чтобы рассчитать положение навигационного приемника, вам в одном месте нужны и времена детектирования частиц на референсных детекторах, и времена детектирования частиц на навигационном приемнике.
Иными словами, в зависимости от того, где вы хотите получить координату, вам нужно будет куда-то передать информацию: или с референсных детекторов на навигационный приемник, или наоборот.
Ну, или если вас устроит разбор полетов пост-фактум, навигационный приемник может сохранить все события, вернуться, и потом можно будет построить траекторию его движения.
В сухом остатке
Авторы статьи сразу явно указали, где такой способ может использоваться: например, в помещении, где всюду есть WiFi или что-то со схожим функционалом. Можно ли WiFi-ем оборудовать пещеру? Ну, думается что да.
Можно для подводных целей использовать этот способ? Если обеспечить связь через кабель - тоже да.
Похоже ли это хоть сколько на GPS? Нет. И то и другое - навигационная система, и только это у них общее. В остальном - нет.
В реальности же там целая уйма проблем разной степени сложности: и площади детекторов (в статье это ~1 м2, и малая вероятность попадания одного мюона в один из референсных детекторов и в детектор навигационного приемника, и высокая вероятность ложных срабатываний (как быть уверенным что это именно тот мюон?) и сложность длительного хранения синхронизации часов и прочее, и прочее и прочее.
На этом разрешите откланяться,
Ваш, до глубины души,
@AlekUnderwater