Partículas subatômicas cósmicas podem finalmente nos dar uma maneira de navegar no subsolo: WebCuriosos

Chuvas de partículas que irrompem quando os raios cósmicos colidem com a atmosfera da Terra podem ter nos dado um sistema de navegação subterrânea viável.

Múons de raios cósmicos chovendo sobre e parcialmente através da superfície do planeta permitiram aos cientistas calcular a posição de um indivíduo no porão de um edifício, um local onde os sistemas de posicionamento global por satélite não funcionam.

Este é um grande passo para uma navegação eficaz no subsolo, debaixo d'água e em altas latitudes, todos os locais onde o GPS falha. Segundo seus projetistas, ele poderia ser utilizado para fins como realização de operações de busca e salvamento, monitoramento submarino, rastreamento em zonas silenciosas de rádio e mineração.

“Os múons dos raios cósmicos caem igualmente pela Terra e sempre viajam na mesma velocidade, independentemente da matéria que atravessam, penetrando até quilômetros de rocha”, diz o físico Hiroyuki Tanaka da Universidade de Tóquio no Japão

“Agora, usando múons, desenvolvemos um novo tipo de GPS, que chamamos de sistema de posicionamento muométrico (muPS), que funciona no subsolo, em ambientes internos e subaquáticos”.

O GPS funciona graças a uma técnica chamada trilateração. Os satélites GPS orbitam a Terra, transmitindo sinais em ondas de rádio portadoras. Um receptor – como um telefone celular ou o GPS de um carro – detecta esses sinais.

O tempo entre o envio e o recebimento do sinal dá a distância entre o satélite e o receptor. Múltiplas distâncias e as diferenças entre elas fornecem a localização do receptor. É um pouco como a ecolocalização. Voilà. Você está aqui.

Mas as ondas de rádio são uma forma de luz que pode ser facilmente bloqueada. Você já percebeu como o rádio do seu carro desliga quando você passa por um túnel? As ondas portadoras usadas pelo satélite GPS não conseguem penetrar rochas ou água e encontram dificuldades em paredes e árvores. Além disso, o GPS não funciona bem em latitudes elevadas; nenhum satélite GPS orbita sobre os pólosentão há um ponto latitudinal em que a cobertura do satélite não é muito boa.

Durante alguns anos, Tanaka e seus colegas investigaram o uso de múons de raios cósmicos como uma espécie de substituto para sinais GPS de satélite. Os múons são partículas subatômicas criadas quando raios cósmicos de fontes como supernovas distantes ou o Sol colidem com partículas na atmosfera da Terra, e estão praticamente em toda parte; estima-se que um múon atinja todos centímetro quadrado da Terra uma vez por minuto ou mais.

Eles viajam quase na velocidade da luz e podem penetrar profundamente no subsolo (eles são inofensivos; você provavelmente tem múons passando por você agora). Eles têm sido usados ​​para radiografar efetivamente estruturas como pirâmides, mas sua capacidade de penetrar onde a luz não consegue deu aos cientistas a ideia de tentar usando-os para navegação.

A ideia é muito parecida com o GPS. Quatro estações de referência de detecção de múons são colocadas acima do solo, e o receptor de detecção de múons é colocado em uma pessoa ou no subsolo. Por exemplo, o muPS foi inicialmente desenvolvido para detectar como atividade vulcânica ou o movimento tectônico altera o fundo do mar.

À medida que uma chuva de múons cai, eles primeiro passam pelos detectores de referência antes de seguirem para o receptor. O intervalo de tempo entre os detectores de referência e os receptores permite a trilateração, fornecendo as coordenadas do receptor. No entanto, o primeiro sistema muPS teve que ser conectado, o que não é muito prático para quem está em movimento. Agora, a equipe adotou o sistema sem fio.

Os detectores de referência e o receptor foram todos conectados a um relógio de quartzo sincronizado e de precisão. Um dos detectores de referência foi colocado no sexto andar de um edifício enquanto uma pessoa que carregava o receptor se movimentava no porão. O novo sistema é chamado de sistema muométrico de navegação sem fio (MuWNS).

Ainda não chegou lá. As coordenadas do receptor não foram rastreadas em tempo real; a equipe fez medições e as usou para reconstruir a rota que a pessoa percorreu pelos corredores do porão. Eles conseguiram fazer isso com precisão razoável, mas poderia melhorar, diz Tanaki.

“A precisão atual do MuWNS está entre 2 metros e 25 metros (6,5 e 82 pés), com alcance de até 100 metros, dependendo da profundidade e velocidade da pessoa que caminha. , posicionamento GPS de ponto único acima do solo em áreas urbanas”, ele explica.

“Mas ainda está longe de um nível prático. As pessoas precisam de precisão de 1 metro, e a chave para isso é a sincronização do tempo.”

Em outras palavras, precisa de relógios melhores, como o relógios atômicos em escala de chip que medem o tempo pelas transições regulares de spin dos átomos de césio, mudando os estados de energia.

Atualmente, esses relógios são muito caros e podem não continuar assim. Enquanto isso, a equipe espera trabalhar na redução do tamanho do restante do equipamento para algo que caiba na mão.

“Com esses novos resultados,” eles escrevem em seu papel“está claro que, com melhorias adicionais, o MuWNS pode ser adaptado para melhorar a navegação, posicionamento e outras aplicações práticas subterrâneas e subaquáticas de robôs móveis autônomos.”

A pesquisa foi publicada em iCiência.