基於宇宙射線的新穎無線導航技術,成功完成首次測試

2023-06-19 13:15:00    編輯: Emma stein
導讀 GPS 系統是當代日常生活支柱,協助多種程式執行導航、地圖繪製等功能,但最大缺點為無線電波訊號不能穿過建築物、巖石或水。為此,日本研究人員開發出另一種仰賴宇宙射線 μ 子的無線導航系統,近日成功完成...


GPS 系統是當代日常生活支柱,協助多種程式執行導航、地圖繪製等功能,但最大缺點為無線電波訊號不能穿過建築物、巖石或水。為此,日本研究人員開發出另一種仰賴宇宙射線 μ 子的無線導航系統,近日成功完成首次測試。

GPS 系統工作原理歸於三角測量技術,衛星繞地球運行並以無線電載波傳送訊號,但無線電波是種容易被阻擋的光,比如當你經過隧道時汽車廣播會中斷、GPS 在高緯度地區效果不佳等,因此日本東京大學團隊嘗試開發一種基於宇宙射線粒子的新型 GPS:muometric 無線導航系統(MuWNS),解決 GPS 過去難穿透地下或水下的缺點,比前者更擅長追蹤地下運動。

緲子(μ 子)是種不穩定次原子粒子,平均壽命 2.2 微秒,與其他不穩定的次原子粒子相比,緲子壽命相對較長,由於質量比電子大,因此緲子在電磁場中的加速和偏轉比電子要慢,發出的軔致輻射也較電子少,這使緲子能比相同能量的電子穿透更厚物質。

當宇宙射線撞擊地球上層大氣會分解成大量次原子粒子,最終衰變成 μ 子,穿透數十萬公尺大氣層均勻落到地球上,據計算每晚約有 100 萬個 μ 子以接近光速的速度無害穿過我們身體,且無論穿過什麼物質(比如數公裏厚巖石圈),它們都以相同速度行進。

團隊最初開發的 muPS 系統受到有線限制,對四處走動的人來說不太實用,直到最近成功將系統無線化,透過將 4 個 μ 子探測站置於地面,一個 μ 子探測接收器置於人身上,當大量 μ 子落下時首先穿過探測器再抵達接收器,兩者時間差讓研究人員可利用 μ 子進行三角測量、執行導航功能。

研究人員表示,這項無線導航技術有朝一日可協助救援行動、海底與火山監測,研究下一步是簡化 MuWNS 系統並整合至智慧型手機中。新論文發表在《iScience》期刊。

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