Cómo los neutrinos podrían revolucionar las comunicaciones con submarinos

Comunicarse bajo el agua es un asunto complicado, como le dirá cualquier comandante de un submarino nuclear. Estos tipos pueden permanecer ocultos más o menos indefinidamente, operando a una profundidad de 300 metros más o menos, pero comunicarse es un dolor grave en la popa porque solo se puede hacer cerca de la superficie del mar, donde los submarinos son más vulnerables a la detección y el ataque.

Eso se debe a que las ondas de radio no viajan bien a través del agua. Solo las ondas de frecuencia extremadamente baja (ELF) (con una frecuencia inferior a 100 Hz) avanzan en el agua. Pero son difíciles de producir a alta potencia, e incluso así, solo permiten velocidades de datos de alrededor de 1 bit por minuto.

En cambio, los submarinistas tienen que depender de ondas de muy baja frecuencia (VLF) de unos pocos kilohercios. Estos permiten hasta 50 bits por segundo, pero no viajan muy lejos a través del agua. Eso significa que solo pueden detectarse arrastrando una antena de radio larga cerca de la superficie.

Entonces, ¿cómo mejorar las cosas? Una sugerencia es usar neutrinos para enviar información. El problema es que, aunque los neutrinos atraviesan el agua con facilidad, también atraviesan todo lo demás, lo que los hace casi imposibles de detectar. Por esa razón, siempre se ha considerado que la comunicación de neutrinos no es un principio.

Ahora, un nuevo análisis sugiere que los submarinistas pueden haber sido demasiado rápidos para descartar neutrinos. Patrick Huber, físico de Virginia Tech, dice que la comunicación de neutrinos podría ofrecer velocidades de datos de hasta 100 bits por segundo a cualquier profundidad. Eso es tres órdenes de magnitud mejor que la comunicación ELF.

Entonces, ¿qué está cambiando para que la comunicación con neutrinos sea práctica? Primero, dice Huber, está la capacidad de generar y detectar rayos intensos de neutrinos. Los físicos generan haces de neutrinos al acelerar los muones a alta energía, que luego se desintegran, produciendo neutrinos que, debido al marco de referencia en movimiento, están estrechamente colimados. La detección de neutrinos es simplemente este proceso a la inversa. Cuando los neutrinos interactúan con la materia, producen muones que pueden detectarse con relativa facilidad.

Pero, ¿con qué facilidad se puede hacer esto para las comunicaciones submarinas? Huber dice que uno de los rayos de neutrinos más intensos se usa en un experimento llamado MINOS, que envía un rayo desde el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi en Chicago a un detector de muones de 5,000 toneladas métricas en una mina en el norte de Minnesota, una distancia de más de 700 km.

El problema es que, en los dos años que MINOS ha estado funcionando, el detector ha detectado solo 730 muones. Obviamente, se requiere una mejora de al menos seis órdenes de magnitud, dice Huber, sin poca subestimación.

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

Confiemos en su palabra. La pregunta entonces es cómo detectar estos neutrinos en un submarino. Aquí, Huber ha sido un poco más creativo. Dice que hay esencialmente dos formas de detectar neutrinos. Utilizaríamos módulos delgados detectores de muones, que se pueden utilizar como papel tapiz para cubrir la mayor parte del casco de la embarcación, dice Huber. Esto convierte efectivamente a un submarino en un detector de muones cilíndrico gigante de unos 10 metros de diámetro y 100 metros de largo.

¿Cómo funcionaría esto? Los muones entrarían por un lado del submarino y lo dejarían por el otro lado, dice. Se miden los puntos de entrada y salida y, por lo tanto, la dirección del muón se puede reconstruir con bastante precisión.

Pero también hay otra forma de detectar neutrinos: busque la radiación de luz de Cerenkov producida por muones que se mueven rápidamente en el agua de mar. Eso es inteligente, porque le permite crear un detector con dimensiones que son aproximadamente la distancia que recorre la luz en el agua de mar, unos cuatro kilómetros más o menos. Por supuesto, no hay escasez de ruido de la bioluminiscencia, la luz del sol y la luz de la luna, pero Huber parece estar seguro de que todo eso podría filtrarse.

La conclusión es que los submarinistas podrían algún día usar esta tecnología para recibir mensajes a velocidades de datos de hasta 100 bits por segundo.

Hay un inconveniente, por supuesto. Solo es posible recibir mensajes en un submarino de esta forma, no enviarlos. Eso no es algo que preocupe mucho a los televidentes. Pero los comandantes de submarinos nucleares pueden tener una opinión diferente.

Ref: arxiv.org/abs/0909.4554 : Comunicación de neutrinos submarinos

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