Kann man ein Neutrino durch die Erde schießen?

Die kosmische Strahlung besteht aus allen Arten von Teilchen, die von schweren Protonen bis hin zu Neutrinos mit geringer oder keiner Masse reichen. Es gibt Billionen von Billionen Neutrinos, die zu jeder Zeit die Erde durchqueren. Während die Protonen, Neutronen und andere "sehr soziale" Teilchen von den vielen Schichten der Kruste eingefangen werden, können diese Einsiedler-Neutrinos unbeeinflusst durch die Materie strömen (tatsächlich viele Lichtjahre Stahl breit). Neutrinos sind extrem leicht und interagieren schwach mit Materie. Wir Menschen haben bereits Detektoren gebaut, die Neutrinos nachweisen können, obwohl die Neutrinos keine sozialen Wesen sind. Neben dem Einfangen der streunenden Neutrinos in der kosmischen Strahlung ist es uns gelungen, Neutrinos nachzuweisen, die durch zerschmetterte Teilchen in Beschleunigern entstehen.

Um ein Kommunikationssystem aufzubauen, benötigen Sie drei Komponenten:

1. Sender - Neutrinos erzeugen
2. Medium - Neutrinos brauchen kein Medium, aber sie können sich durch jedes Medium bewegen
3. Empfänger - Nachweis von Neutrinos

Sender:

Die Herstellung von Neutrinos ist relativ einfacher als der Nachweis von Neutrinos. Wenn Protonen gegen ein Ziel geschleudert werden, wird ein Strahl neuer Teilchen erzeugt. Dies ist ein sehr vielfältiger Strahl von Teilchen, bestehend aus schweren und leichten, geladenen und ungeladenen (Neutronen, Protonen, Elektronen, Pionen, Neutrinos und was nicht). Einige dieser Teilchen, wie Protonen, sind unerwünschte Teilchen, die abgetrennt werden müssen, während einige Teilchen nützlich sind, wie Pionen, die in Myonen und Elektronen zerfallen, die Neutrinos als Nebenprodukte erzeugen.

Die geladenen Teilchen können leicht entfernt werden, indem der Strahl mit einem Magnetfeld umgeben wird. Die geladenen Teilchen werden auf einem gekrümmten Weg abgelenkt und können daher getrennt werden. Ungeladene Neutrinos werden vom Magnetfeld nicht beeinflusst. Die schweren Partikel können auch einfach mit einer dicken Stahlzementplatte entfernt werden. Neutrinos interagieren schwach mit Materie und werden daher leicht ihren Weg durch die Platte finden. Letztendlich bleibt ein Strahl übrig, der hauptsächlich aus Neutrinos besteht.

Detektor:

Einer der Detektoren, der heute Neutrinos nachweisen kann, ist das Super Kamiokande Neutrino Observatory . Der Detektor befindet sich fast einen Kilometer unter der Oberfläche (damit Teilchen, die mit Materie wechselwirken, genügend Gelegenheit dazu haben). Die Prüfkammer besteht aus Stahl und hat die Form eines Zylinders. Eine Reihe superempfindlicher Lichtdetektoren ( Photomultiplier ) umgeben die Seiten der Testkammer. Am Boden der Testkammer befinden sich fast 50.000 Tonnen Wasser.

Die Theorie hinter dem Detektor ist, dass einige der Neutrinos, die das Wasser passieren, mit Materie interagieren und dabei geladene Streuteilchen erzeugen, die sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit in Wasser bewegen (die Lichtgeschwindigkeit in Wasser beträgt ungefähr ca$0.75c$; Physik funktioniert). Dies zeigt ein Phänomen, das als Cherenkov-Strahlung bekannt ist und dem Überschallknall in Geräuschen ähnelt. Dieses Licht wird von den Detektoren erfasst und auf ein messbares Maß verstärkt.

Fazit:

Der Nachweis von Neutrinos ist sehr schwierig und erfordert große Detektoren. Es ist derzeit nicht praktikabel, Neutrinos als schnelles Kommunikationsmedium zu verwenden. Natürlich passieren die meisten Neutrinos die Erde, ohne zu interagieren, aber es ist bis heute keine praktisch praktikable Kommunikationsmethode. Vielleicht könnten wir eines Tages in der Zukunft tatsächlich ein funktionierendes neutrinobetriebenes Kommunikationssystem bauen.

Abgesehen von Kamiokande gibt es viele funktionierende Neutrino-Detektoren. Es könnte Sie interessieren, etwas über "Ice Cube" zu lesen, eine Anordnung von nach unten gerichteten Lichtdetektoren im Gletscher über dem Südpol, die Neutrinos erkennen, die von der nördlichen Himmelshalbkugel durch die Erde gereist sind. Es gibt auch funktionierende Neutrino-Detektoren bei Gran Sasso in Italien und in der Soudan-Mine in den USA, die von Beschleunigern erzeugte Neutrinos nachweisen, die durch eine beträchtliche Dicke der Erdkruste wandern.

Quelle: rob (sichtbar in Kommentaren dieser Antwort)

Eine schöne Beschreibung zur Erzeugung von Neutrinostrahlen und wie sie nachgewiesen werden können, wurde bereits in diesem Thread behandelt.

Aber mehr zur Frage: Ja, Menschen haben bereits (absichtlich) Neutrinostrahlen durch Erdschnüre geschossen und diese (absichtlich) detektiert. Beispiele, die einige Jahre zurückreichen: CERN nach Gran Sasso (CNGS) oder Neutrinostrahlen von Fermilab zum nahe gelegenen Minerva-Detektor in etwa 1 km Entfernung.

Das letztere Fermilab-Experiment, circa 2012, war in der Lage, die Nachricht „Neutrino“ unter Verwendung eines Binärcodes an den Minerva-Detektor zu senden. Etwa eines von zehn Milliarden Neutrinos interagiert mit dem Minerva-Detektor. Durch das Senden großer Ausbrüche von systematisch emittierten Neutrinos an Fermilab kann ein Binärcode generiert werden, der Informationen senden kann. Zugegeben, es ist nicht sehr effizient, aber es wurde getan. Obwohl Neutrinos Materie im Wesentlichen ungestört passieren können und im Prinzip Nachrichten beliebig weit durch jedes Hindernis senden könnten, sind Neutrinostrahlen nicht besonders gut kollimiert. Infolgedessen müsste der Neutrinofluss an der Quelle für große Entfernungen sehr hoch sein, um selbst für die empfindlichsten Detektoren der Welt eine ausreichende Anzahl zum Empfangen einer Nachricht zu erfassen.

CERN-Neutrinos zu Gran Sasso (CNGS)

Neutrinoteilchenkommunikation