科学家提出新的方法,利用宇宙射线的粒子阵来精确追踪时间

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据New Atlas报道,太阳、月亮和恒星的运动长期以来一直被用来追踪时间,现在东京大学的工程师们提出了一种新的方法,利用宇宙射线的粒子阵来精确追踪时间。

对于我们大多数人来说,日常计时可能会出现几秒钟的偏差,而不会引起任何大的麻烦。但是在更多的科学、工业和技术场景中,纳秒级的差异可能是至关重要的。保持如此精确的时间需要GPS和原子钟的网络,但这些系统很昂贵,而且不是在任何地方都能工作–尤其是在地下或水下。

东京大学研究人员概述的新技术旨在解决这两个问题。他们称之为“宇宙时间同步”(CTS),它通过追踪天空中的宇宙射线事件而发挥作用。

宇宙射线不断地从深空涌入,当它们到达地球时,与大气中的粒子相互作用,将它们转化为其他粒子“雨”。由此产生的粒子之一是μ子,它具有很高的能量,可以穿过大多数物质,因此它们可以穿透几公里进入地球的表面和海洋。

一个CTS系统将使用μ子探测器来使一系列的时钟极其精确地同步,即使有些时钟在地下或水下。这个过程从大约15公里的高度开始,在那里,宇宙射线首先与大气层相互作用,并产生包括μ子在内的粒子“雨”。这些μ子,根据产生它们的特定宇宙射线事件,都有一个特定的特征,可以在几平方公里的范围内扩散开来,在这个范围内的任何CTS设备都可以以低于100纳秒的精度与同一阵雨同步。

 

听起来这种技术可能依赖于大量的机会,就像试图同步雷击一样,但是研究小组说,这些宇宙射线的撞击发生得极其频繁,遍布整个地球–在地球的每平方公里上每小时大约发生100次。这意味着一个CTS系统网络可以为世界大部分地区服务,包括GPS无法到达的地方。

该团队说,这项技术还有其他优势。CTS要比GPS便宜得多,μ子探测器每个只需100美元,而原子钟则需要几十万美元。而且,由于宇宙射线不能人工生产,CTS系统在防止黑客攻击方面应该比GPS安全得多。

“原理是强大的,而且技术、探测器和计时电子装置已经存在。所以我们可以相对快速地实现这个想法,”该研究的主要作者Hiroyuki Tanaka说。“基于卫星的时间同步在两极、山区或水下有许多盲点,例如,CTS可以填补这些空白和更多的空白。”

该团队确实承认,该技术的广泛采用可能是一个主要障碍,但它也许可以在GPS无法服务的地区开始。

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