1984年的一天,美国西海岸某海军基地的一艘核潜艇下水,开始了漫长的环球潜行,从此开始了人类历史上中微子通信崭新的一幕。
一个多星期的潜航,这艘核潜艇从未露出水面,一直下潜到海域能允许的最深深度航行。核潜艇的操纵台上大屏幕清楚地显示出潜艇正前方、上方、下方及两侧的景象,字幕清楚地指出潜艇所在地理位置、航速及深度,各种仪表准确地指出潜艇内核反应堆的运行情况。而在地球另一面的海军基地的主控室内,放着一个操纵台,大屏幕上显示内容与仪表上指示的各种数据与正在潜航的核潜艇操纵台上完全相同。这是成功地运用了中微子通信的结果。
战略核潜艇长期在远离海军基地的海底,不了解瞬息万变的政治军事形势是不行的,因此必须建立稳定可靠的通信系统,以便能够随时收到海军基地的调度指挥。以前潜艇是使用电磁场通信,如长波、短波及微波等。由于海水的屏蔽效应,任何电磁波都难以穿透到潜艇下潜的深度,要进行联系,潜艇只能上浮把天线露出水面。这样就使潜艇直接暴露在敌方的猎潜飞机或侦察卫星的搜索范围内。解决此问题的唯一的选择就是深藏不露,采用现代高科技中微子通信方式同地面保持联系。 中微子通信就是直接利用核反应堆中的β射线束。β射线在衰变过程中放出电子和中微子。利用微型高能质子同步加速器,当能量达到5千亿电子伏特时,中微子束的速度即达到光速。只要控制中微子束的能流密度,把所有的信息,如视音频信号、数据信号等,加载到中微子束上面,即可实现任意距离点与点之间具有光通信容量的保密通信。可以双向传输多路电视和音频信号,发送与接收端的计算进行并网,对潜艇进行遥控遥测等,将来用到无人操纵的核潜艇也是有可能的。
中微子通信的解调是利用“契伦科夫效应”进行的,中微子束不管通过的路程多么遥远,只要在接收端通过400m以上的水深时,便与水原子中的中子发生核反应,生成高能量的负μ子。在水中负μ子能从接近光速的速度前进,当它穿越60~70m长的距离时,产生“契伦科夫效应”,即产生0.4~0.7μm连续分布可见光——契伦科夫光,光线与负μ子的前进方向成41°夹角。在水中用光电倍增管直接检测可见光,就可以解调出发送端的全部信号,同进进一步精确地利用负μ子跟踪定位发送端的方位。中微子通信具有微波和光通信的容量、直线性和保密性的特点。
尽管美国首次成功进进行了中微子通信的试验,一开始就用于武装核潜艇,带上某种神秘的色彩,但从历史看问题,中微子通信试验成功表明人类通信史上的又一个里程碑。科技成果是没有国界的,一项新技术迟早会显示出强大的生命力。从这个意义上说是值得我们借鉴和重视的。(刘承武 张宇 范志君)