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一位藝術(shù)家描繪的宇宙射線從太空如雨點(diǎn)般落在地球上的插圖。圖片來源：美國(guó)生命科學(xué)網(wǎng)

宇宙射線碰撞產(chǎn)生的亞原子粒子已被用于創(chuàng)造一種新型全球定位系統(tǒng)(GPS)。在一項(xiàng)發(fā)表在《iSicence》的新研究中，日本東京大學(xué)科學(xué)家展示了他們?nèi)绾卫眠@些高能粒子在建筑物內(nèi)、地下或水下深處導(dǎo)航。這項(xiàng)突破未來可用于采礦、深海勘探和其他GPS無(wú)法工作的領(lǐng)域。

當(dāng)宇宙射線，即由太陽(yáng)、被稱為超新星的恒星爆炸和銀河系外的神秘來源產(chǎn)生的高能粒子，撞擊地球的高層大氣時(shí)，會(huì)分裂成粒子流，最終衰變?yōu)棣探樽印?/p>

研究人員介紹說，宇宙射線μ介子均勻地落在地球上，并且無(wú)論穿過什么物質(zhì)，它們總是以相同的速度行進(jìn)，甚至可以穿透數(shù)公里的巖石。現(xiàn)在，他們利用μ介子開發(fā)了一種定位系統(tǒng)(muPS)，它可在地下、室內(nèi)和水下工作。

這種新方法的工作原理與傳統(tǒng)的GPS類似，但科學(xué)家使用的是μ介子檢測(cè)傳感器作為參考點(diǎn)，而不是低地球軌道上的衛(wèi)星。

μ介子成像通常發(fā)生在充滿氣體的腔體。當(dāng)宇宙射線穿過它們時(shí)會(huì)產(chǎn)生閃光。通過探測(cè)器記錄這些閃光，科學(xué)家可計(jì)算粒子的能量和軌跡。這個(gè)過程類似于X射線成像或探地雷達(dá)，這些方法需要發(fā)射X射線或無(wú)線電波，而μ介子是自然發(fā)生的。

構(gòu)成muPS基礎(chǔ)的系統(tǒng)依賴于地面上的4個(gè)μ介子參考站，為μ介子探測(cè)接收器提供坐標(biāo)，接收器可部署在地下或水下。

日本團(tuán)隊(duì)于2021年在東京灣成功測(cè)試了該系統(tǒng)的有線版本，在海平面以下45米的地方使用了10個(gè)μ介子接收器。這些接收器能繪制水流運(yùn)動(dòng)圖，有助于感知風(fēng)暴或海嘯，與衛(wèi)星氣象系統(tǒng)結(jié)合使用，該系統(tǒng)也有助于氣旋預(yù)測(cè)。

該系統(tǒng)的最新版本稱為測(cè)量無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)(MuWNS)，為了擺脫笨重的電線，研究人員想出了一種使用高精度石英鐘來解決時(shí)滯問題的新解決方案，可在將參考站帶入地下之前，將參考站與GPS接收器同步。在建筑物中進(jìn)行的MuWNS測(cè)試顯示，定位精度在2到25米之間。

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