Comment les neutrinos pourraient révolutionner les communications avec les sous-marins

Communiquer sous l'eau est une affaire délicate, comme vous le dira tout commandant de sous-marin nucléaire. Ces gars-là peuvent rester cachés plus ou moins indéfiniment, opérant à une profondeur d'environ 300 mètres, mais communiquer est une grave douleur à l'arrière car cela ne peut se faire que près de la surface de la mer, où les sous-marins sont les plus vulnérables à la détection et aux attaques.

C'est parce que les ondes radio ne voyagent pas bien dans l'eau. Seules les ondes extrêmement basses fréquences (ELF) (avec une fréquence inférieure à 100 Hz) font des progrès dans l'eau. Mais ils sont difficiles à produire à haute puissance, et même alors, ils n'autorisent que des débits d'environ 1 bit par minute.

Au lieu de cela, les sous-mariniers doivent compter sur des ondes à très basse fréquence (VLF) de quelques kilohertz. Ceux-ci permettent jusqu'à 50 bits par seconde, mais ils ne voyagent pas loin dans l'eau. Cela signifie qu'ils ne peuvent être détectés qu'en traînant une longue antenne radio près de la surface.

Alors comment améliorer les choses ? Une suggestion est d'utiliser des neutrinos pour envoyer des informations. Le problème est que bien que les neutrinos traversent facilement l'eau, ils traversent également tout le reste, ce qui les rend presque impossibles à détecter. Pour cette raison, la communication neutrino a toujours été considérée comme un non-starter.

Maintenant, une nouvelle analyse suggère que les sous-mariniers ont peut-être été trop prompts à rejeter les neutrinos. Patrick Huber, physicien à Virginia Tech, affirme que la communication neutrino pourrait offrir des débits de données allant jusqu'à 100 bits par seconde à n'importe quelle profondeur. C'est trois ordres de grandeur de mieux que la communication ELF.

Alors, qu'est-ce qui change pour rendre la communication neutrino pratique ? Premièrement, dit Huber, est la capacité de générer et de détecter des faisceaux intenses de neutrinos. Les physiciens génèrent des faisceaux de neutrinos en accélérant les muons à haute énergie, qui se désintègrent ensuite, produisant des neutrinos qui, en raison du cadre de référence en mouvement, sont étroitement collimatés. La détection des neutrinos est tout simplement ce processus à l'envers. Lorsque les neutrinos interagissent avec la matière, ils produisent des muons qui peuvent être détectés relativement facilement.

Mais avec quelle facilité cela peut-il être fait pour la communication sous-marine ? Huber dit que l'un des faisceaux de neutrinos les plus intenses est utilisé dans une expérience appelée MINOS, qui envoie un faisceau du Fermi National Accelerator Laboratory à Chicago à un détecteur de muons de 5 000 tonnes métriques dans une mine du nord du Minnesota, à une distance de plus de plus de 700 km.

Le problème, c'est qu'au cours des deux années de fonctionnement de MINOS, le détecteur n'a détecté que 730 muons. De toute évidence, une amélioration d'au moins six ordres de grandeur est nécessaire, dit Huber, sans trop de sous-estimation.

Mais il pense que ce type d'amélioration sera possible avec la prochaine génération d'accélérateurs de muons.

Croyons-le sur parole. La question est alors de savoir comment détecter ces neutrinos dans un sous-marin. Ici, Huber a été un peu plus créatif. Il dit qu'il y a essentiellement deux façons de repérer les neutrinos. Nous utiliserions de minces modules de détection de muons, qui peuvent être utilisés comme du papier peint pour couvrir la majorité de la coque du navire, explique Huber. Cela transforme efficacement un sous-marin en un détecteur de muons géant et cylindrique d'environ 10 mètres de diamètre et 100 mètres de long.

Comment cela fonctionnerait-il ? Les muons entreraient d'un côté du sous-marin et le laisseraient de l'autre côté, dit-il. Les points d'entrée et de sortie sont mesurés, et ainsi la direction du muon peut être reconstruite assez précisément.

Mais il existe également un autre moyen de détecter les neutrinos : rechercher le rayonnement lumineux Cerenkov produit par les muons se déplaçant rapidement dans l'eau de mer. C'est astucieux, car cela vous permet de créer un détecteur dont les dimensions correspondent à peu près à la distance parcourue par la lumière dans l'eau de mer, soit environ quatre kilomètres. Bien sûr, le bruit de la bioluminescence, de la lumière du soleil et du clair de lune ne manque pas, mais Huber semble convaincu que tout cela pourrait être filtré.

L'essentiel est que les sous-mariniers pourraient un jour utiliser cette technologie pour recevoir des messages à des débits allant jusqu'à 100 bits par seconde.

Il y a un inconvénient, bien sûr. Il est uniquement possible de recevoir des messages dans un sous-marin de cette manière, pas de les envoyer. Ce n'est pas quelque chose qui inquiète beaucoup les téléspectateurs. Mais les commandants de sous-marins nucléaires peuvent avoir un point de vue différent.

Réf : arxiv.org/abs/0909.4554 : Communication neutrino sous-marine

cacher