Eerste boodschap ooit verstuurd met neutrino’s

Neutrino’s zijn in staat door een lichtjaar dik lood heen te reizen, waarna meer dan de helft van de bundel nog over is. Ideaal voor communicatie in moeilijke omstandigheden, zoals met onderzeeërs onder kilometers diep oceaanwater. De eerste neutrino-boodschap ooit is nu verstuurd. Akelig langzaam, dat wel…

Neutrino’s: ongrijpbaar
Neutrino’s zijn spookachtige deeltjes die vlak voor de Tweede Wereldoorlog werden voorspeld en enkele jaren daarna werden aangetoond. Neutrino’s zijn alleen gevoelig voor de zwakke kernkracht, die radioactief verval veroorzaakt. Dit maakt dat neutrino’s met ongeveer de lichtsnelheid vrijwel ongehinderd door alles heenrazen: mensen, aardlagen, ja zelfs de complete aarde. Toen de supernova SN1987A explodeerde, was het eerste op aarde wat we daarvan merkten, een werkelijk razende activiteitspuls van neutrinodetectoren overal ter wereld. Pas enkele uren later bleek de oorzaak: een sterontploffing in de Magalhaese Wolken. Ongehinderd door gas en stof waren de neutrino’s de fotonen een paar uur voorgeweest.

Boodschappen sturen met neutrino’s
Ideaal natuurlijk voor een gegarandeerde storingsvrije zender. Met een neutrinozender zou je zonder problemen zelfs dwars door de kern van Jupiter heen kunnen zenden, laat staan een paar kilometer oceaanwater. Zoals bekend zwerven er diep onder het drijvende plasticafval de nodige tot de tanden gewapende atoomonderzeeërs rond, geladen met intercontinentale kernraketten waarmee ze, als een vijand van bijvoorbeeld de Verenigde Staten of Rusland het land weg heeft gevaagd met een zwerm van waterstofbommen, alsnog terug kunnen meppen.  Dat zal ze leren! Vooral de nucleaire winter zal gegarandeerd een onvergetelijke indruk maken. Deze zogeheten mutually assured destruction (MAD) is de kern van de nucleaire afschrikking.

Daarvoor is het natuurlijk handig als je door kan geven wie de boosdoener was, zodat je bijvoorbeeld als Rus niet de Chinezen de volle laag geeft terwijl niet zijm, maar de Amerikanen jouw mooie land in puin hebben geschoten. Geen wonder dat defensie-technici allerlei methoden hebben verzonnen om het blijde nieuws aan hun collega’s onder water door te  geven. Zo zijn er radiozenders die radiogolven met een lengte van enkele kilometers uitzenden. Deze worden niet geabsorbeerd door het oceaanwater.

Boodschap met neutrino’s
Nu voor het eerst is het gelukt om een boodschap te sturen met neutrino’s. Daarvoor gebruikten technici van Fermi National Accelerator Laboratory in Illinois een bundel zeer snelle protonen die op een doelwit, bestaande uit koolstof, werden afgevuurd.  Daarbij komen instabiele geladen deeltjes, zoals kaonen en pionen vrij. Geladen deeltjes kunnen (in tegenstelling tot ongeladen neutrino’s) met magneten worden gericht, zodat ze als ze uiteenvallen een neutrinobundel recht in de gewenste bewegingsrichting opleveren. Deze neutrino’s en hun voorgangers legden in totaal een afstand van meer dan een kilometer af, waaronder 200 m door massieve rots. Deze proef werd uitgevoerd met de neutrinodetector Minerva.

Bitrate van 0,1 bit per seconde
De technici hanteerden een vereenvoudigde ASCII-code met twee bits per teken minder, die vervolgens werd bewerkt om zo de kans op fouten te verkleinen. De techniek lijkt op die NASA voor interplanetaire communicatie gebruikt. Hiermee verstuurden ze het woord ‘neutrino’. Het kostte omgeveer 140 minuten om deze boodschap te sturen, wat neerkomt op een bitrate van 0,1 byte per seconde. Erg langzaam, zelfs een telegrafist uit de negentiende eeuw deed het honderd keer sneller, maar dit was alleen nog een proof of concept. Omdat neutrino’s nauwelijks reageren met materie, werd er van elke puls, bestaande uit tien biljoen (10¹³) neutrino’s, gemiddeld slechts 0,8 neutrino waargenomen waardoor de enorme redundantie in de boodschap bepaald geen overbodige luxe is.

Communiceren door tientallen kilometers ijs
De onderzoekers denken daarom dat er veel leukere resultaten zijn te boeken met enorme neutrinodetectoren als de IceCUBE van een kubieke kilometer op Antarctica. Gelukkig nog compleet onpraktisch voor kernonderzeeërs (al zullen gerichtere, energierijke bundels dat veranderen), maar voor communicatie met een ruimtekolonie diep in de magnetosfeer van het Jupiterstelsel, of onder de tientallen kilometers dikke ijslaag op Europa heel interessant.

De onderzoekers denken ook aan interstellaire communicatie met neutrino’s, al zijn daar uiteraard gigantische vermogens voor nodig. Ook over lichtjaren afstand is de informatie met een zeer gevoelige neutrinodetector nog onverminkt leesbaar. Dat is met lasersignalen problematischer. En wie weet ontdekken we een methode om een veel groter percentage van de neutrino’s die door materie heenvliegen te onderscheppen. Zouden we dan ooit met neutrino’s kunnen bellen? Of neutrinoboodschappen van buitenaardse beschavingen kunnen ontvangen?

Bron
FermiLab cooperation, Demonstration of communication using neutrino’s, ArXiv (2012)