Kozmik ışınlar Dünya'nın atmosferiyle çarpıştığında patlayan parçacık sağanağı, bize uygulanabilir bir yer altı navigasyon sistemi sağlayabilir.
Gezegenin yüzeyine kısmen de olsa yağan kozmik ışın müonları, bilim insanlarının bir binanın bodrumundaki, uydu küresel konumlandırma sistemlerinin çalışmadığı yerdeki bir kişinin konumunu hesaplamasına olanak sağladı.
Bu, GPS'in başarısız olduğu tüm yerlerde, yer altında, su altında ve yüksek enlemlerde etkili navigasyona yönelik büyük bir adımdır. Tasarımcılarına göre arama kurtarma operasyonları, deniz altı izleme, radyo sessiz bölgelerde izleme ve madencilik gibi amaçlarla kullanılabilir.
Japonya'daki Tokyo Üniversitesi'nden fizikçi Hiroyuki Tanaka , "Kozmik ışın müonları Dünya'ya eşit olarak düşer ve hangi maddeden geçtiklerine bakılmaksızın her zaman aynı hızda hareket eder, kilometrelerce kayayı bile deler" diyor.
"Şimdi, müonları kullanarak, yer altında, iç mekanlarda ve su altında çalışan muometrik konumlandırma sistemi (muPS) adını verdiğimiz yeni bir GPS türü geliştirdik."
Kozmik ışınlar tarafından üretilen bir GPS, trilaterasyon adı verilen bir teknik sayesinde çalışır. GPS uyduları, taşıyıcı radyo dalgalarında sinyaller yayınlayarak Dünya'nın yörüngesinde döner. Cep telefonu veya arabadaki GPS gibi bir alıcı bu sinyalleri algılar.
Sinyalin gönderilmesi ile alınması arasındaki süre, uydu ile alıcı arasındaki mesafeyi verir. Çoklu mesafeler ve aralarındaki farklar, alıcının konumunu sağlar.
Ancak radyo dalgaları oldukça kolay bir şekilde bloke edilen bir ışık şeklidir. Tünelden geçerken arabanızın radyosunun kesildiğini fark etmişsinizdir. Uydu GPS tarafından kullanılan taşıyıcı dalgalar, kaya veya suya nüfuz edemez, duvarlar ve ağaçlarda zorluklarla karşılaşır. Ayrıca, GPS yüksek enlemlerde iyi çalışmaz; hiçbir GPS uydusu kutupların üzerinde yörüngede dolanmadığından, uydu kapsamının pek iyi olmadığı bir enlem noktası vardır.
Tanaka ve meslektaşları birkaç yıldır uydu GPS sinyalleri için bir alternatif olarak kozmik ışın müonlarını kullanmayı araştırıyorlar.
Müonlar, uzak süpernovalar veya Güneş gibi kaynaklardan gelen kozmik ışınlar Dünya atmosferindeki parçacıklarla çarpıştığında oluşan atom altı parçacıklardır ve bunlar hemen hemen her yerdedir; bir müonun Dünya'nın her santimetrekaresine dakikada bir çarptığı tahmin ediliyor.
Işık hızına yakın bir hızla hareket ederler ve yerin derinliklerine nüfuz edebilirler, zararsızdırlar muhtemelen şu anda içinizden geçen müonlar vardır. Piramitler gibi X-ışını yapılarını etkili bir şekilde röntgenlemek için kullanıldılar, ancak ışığın giremediği yerlere nüfuz etme yetenekleri, bilim insanlarına onları navigasyon için kullanmayı deneme fikrini verdi.
Fikir, GPS'e çok benziyor. Dört müon-algılayıcı referans istasyonu yer üstüne yerleştirilir ve müon-algılayıcı alıcı ya bir kişinin üzerine ya da yer altına yerleştirilir. Örneğin, muPS başlangıçta volkanik aktivitenin veya tektonik hareketin deniz tabanını nasıl değiştirdiğini tespit etmek için geliştirildi.
Bir müon yağmuru düştüğünde, alıcıya gitmeden önce ilk olarak referans dedektörlerinden geçerler. Referans detektörler ve alıcılar arasındaki gecikme süresi, alıcının koordinatlarını vererek trilaterasyona izin verir. Bununla birlikte, ilk muPS sisteminin kablolu olması gerekiyordu, bu da hareket eden biri için pek pratik değil. Şimdi, ekip sistemi kablosuz hale getirdi.
Referans dedektörleri ve alıcının tümü senkronize, hassas bir kuvars saate bağlandı. Referans dedektörlerinden biri, alıcıyı taşıyan bir kişi bodrumda dolaşırken, bir binanın altıncı katına yerleştirildi. Yeni sistem muometric wireless navigasyon sistemi (MuWNS) olarak adlandırılıyor.
Alıcının koordinatları gerçek zamanlı olarak izlenmedi; ekip ölçümler yaptı ve bunları, kişinin bodrum koridorlarından geçtiği rotayı yeniden oluşturmak için kullandı. Tanaki, bunu makul bir doğrulukla yapabildiklerini, ancak daha iyi olabileceğini söylüyor.
"MuWNS'nin mevcut doğruluğu, yürüyen kişinin derinliğine ve hızına bağlı olarak 2 metre ile 25 metre (6,5 ve 82 fit) arasındadır ve menzili 100 metreye kadar çıkar” diye açıklıyor.
"Ama yine de pratik bir seviyeden uzak. İnsanların 1 metrelik hassasiyete ihtiyacı var ve bunun anahtarı zaman senkronizasyonu."
Başka bir deyişle, enerji durumlarını değiştiren sezyum atomlarının düzenli dönüş geçişleriyle zamanı ölçen çip ölçeğindeki atomik saatler gibi daha iyi saatlere ihtiyacı var.
Bu tür saatler şu anda çok pahalı ve öyle kalmayabilir. Bu arada ekip, ekipmanın geri kalanının boyutunu ele sığabilecek bir boyuta küçültmek için çalışıyor.
Araştırmacılar, “Daha fazla iyileştirmeyle MuWNS'nin otonom mobil robot navigasyonunu, konumlandırmayı ve diğer yer altı ve su altı pratik uygulamalarını iyileştirmek için uyarlanabileceği açıktır." şeklinde açıklama yaptı. Araştırma iScience'da yayınlandı.
Kaynak: https://www.sciencealert.com./cosmic-subatomic-particles-might-finally-give-us-a-way-to-navigate-underground