Глобальная сеть детекторов космических частиц обеспечит высокую точность синхронизации времени и, возможно, в будущем станет альтернативой существующим системам глобальной навигации.
Современные экономические и технологические процессы нуждаются в высокоточном измерении времени, что делает атомные часы позволяют отсчитывать его с нужным разрешением. Такие установки работают, в том числе, и на спутниках, однако их сигналу требуется определенное время для того, чтобы в виде радиоволны или по оптоволокну добраться до получателя. Это вызывает неизбежное расхождение даже у тех часов, которые полагаются на данные одних и тех же источников.
Японский ученый Хироюки Танака, профессор Университета Токио, разработал простой способ синхронизации времени в мировом масштабе. Его концепция, названная «космической синхронизацией времени» (Cosmic Time Synchronization, CTS), была изложена в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports. Космическая тематика здесь не случайна: так же, как древние цивилизации определяли время по положению Солнца и звезд, CTS ориентируется на небесные явления.
Земля непрерывно подвергается воздействию потоков высокоэнергетических частиц, прилетающих из космоса. Достичь поверхности планеты они не могут, поскольку взаимодействуют с частицами, содержащимися в атмосфере. Эти столкновения происходят на высоте порядка нескольких десятков километров, что приводит к образованию ливней вторичных частиц, среди которых присутствуют мюоны. Мюоны характеризуются нестабильностью и не существуют долго, однако обладают значительной проникающей способностью, позволяющей им проходить сквозь толстые слои материи до своего распада. Ежесекундно через наше тело проходят сотни тысяч мюонов, а детекторы фиксируют их даже на большой глубине под землей.
Каждый ливень вторичных частиц в атмосфере может быть зафиксирован с помощью инструментов, расположенных на поверхности и под землей, в различных точках планеты, разнесенных на десятки километров. Каждый такой ливень носит случайный и уникальный характер, и анализ параметров детектированных частиц позволяет установить связь с конкретным событием. Именно на этих принципах основана технология CTS, разработанная профессором Танакой.
По его мнению, датчики мюонов можно устанавливать в зданиях и на транспорте, как на суше, так и в море. Записывая потоки частиц, они будут передавать информацию о недавних ливнях частиц в атмосфере. Это позволит непрерывно корректировать показания времени, основываясь на данных о регистрации этих явлений.
«Принцип надежен, а необходимые технологии, включая детекторы и электронику, уже разработаны. Поэтому воплотить эту идею в жизнь можно относительно быстро, – утверждает японский ученый. – Эдисон начал с одной лампочки на Манхэттене. Возможно, нам стоит перенять этот подход, начав (с синхронизации часов – ред.) в одном квартале, затем – во всем Токио и так далее».
Профессор Танака также отмечает, что технология CTS может служить заменой спутниковым системам глобальной навигации. При условии, что массив датчиков мюонов будет распространяться по всей планете, каждое выпадение ливней частиц в атмосфере можно будет точно определить по местоположению. Используя полученные данные, можно будет провести триангуляцию, чтобы установить местоположение детектора. В отличие от GPS или ГЛОНАСС, подобная система сможет функционировать даже внутри зданий и под землей.