Le système «GPS» à rayons cosmiques qui suit les mouvements souterrains pourrait changer notre façon de réagir aux catastrophes


Les scientifiques ont exploité les sous-produits de rayons cosmiques pour créer le premier système « GPS » au monde qui fonctionne sous terre – et il pourrait être utilisé pour surveiller les volcans et aider dans les futures missions de recherche et de sauvetage.

Le nouveau système de positionnement, nommé système de navigation sans fil muométrique (MuWNS), recherche des particules subatomiques fantomatiques et ultrarapides appelées muons pour trianguler la position d’un récepteur enfoui profondément sous le sol.

De plus, les chercheurs affirment que la technologie peut être miniaturisée pour s’adapter à des appareils tels que les smartphones. Ils ont publié leurs découvertes le 15 juin dans la revue iScience.

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« Les systèmes de navigation intérieure peuvent servir à de nombreuses fins pratiques, y compris pour les systèmes de guidage de navigation pour le transport humain, la localisation d’une personne disparue pour le sauvetage d’urgence et le fonctionnement de robots automatisés dans les usines ainsi que la navigation dans les mines et les installations souterraines », a déclaré le premier auteur. Hiroyuki Tanaka, a déclaré à Drumpe un professeur de géophysique à l’Université de Tokyo. « Cependant, le GPS n’est pas disponible dans ces environnements. Les signaux GPS sont faibles et facilement bloqués par un petit obstacle. »

Lorsque les rayons cosmiques – particules de haute énergie produites par le soleil, explosions stellaires appelées supernovas et sources mystérieuses à l’extérieur de notre galaxie de la Voie lactée – s’écrasent dans la haute atmosphère terrestre, ils se brisent en pluies de particules qui finissent par se désintégrer en muons. Similaires aux électrons dans leur structure mais 207 fois plus lourds, environ un million de muons zip inoffensif à travers nos corps à une vitesse proche de la lumière chaque nuit.

Contrairement au GPS, qui est plus faible à des altitudes plus élevées et se brouille sous terre, seuls certains muons sont arrêtés par des objets solides – qui en absorbent d’autant plus qu’ils sont plus solides. Cela a permis aux scientifiques d’exploiter l’averse cosmique constante pour cartographier l’intérieur d’endroits autrement inaccessibles, comme les pyramidesles volcans et les cœurs ardents des réacteurs nucléaires.

Une version précédente de MuWNS, appelée système de positionnement muométrique (muPS), a été créée par les chercheurs pour détecter les changements du fond marin causés par l’activité tectonique ou volcanique. Tout comme le GPS triangule avec des satellites dans le ciel, muPS se composait de quatre stations de référence au niveau de la surface à travers lesquelles les muons passeraient avant d’arriver à une station réceptrice au fond de l’océan.

Pour tenir compte du temps de trajet des muons entre les stations de référence et le récepteur, les chercheurs ont relié les cinq détecteurs par des fils afin qu’ils puissent communiquer le décalage horaire entre eux.

Pour s’éloigner des fils encombrants, les chercheurs ont trouvé une nouvelle solution pour le décalage temporel en utilisant des horloges à quartz de haute précision, synchronisant les stations de référence au récepteur avec GPS avant qu’il ne soit descendu sous terre.

« Le détecteur récepteur et les détecteurs de référence sont d’abord connectés au GPS pour se synchroniser », a déclaré Tanaka. « Ces détecteurs sont finalement séparés du GPS pour la navigation. Chaque détecteur est équipé d’une horloge locale précise – dans ce cas, un oscillateur à cristal commandé par un four – qui ne dérive pas aussi largement dans un court laps de temps. [period of time]. Par conséquent, ceux-ci sont pratiquement synchronisés pendant un certain temps. »

Puis, pour tester la capacité de leur système à trianguler, les chercheurs ont placé quatre détecteurs de référence au sixième étage d’un immeuble et ont donné un détecteur récepteur à une personne au sous-sol de l’immeuble. En recherchant les rayons cosmiques captés par les détecteurs et le récepteur, les chercheurs ont reconstitué l’itinéraire parcouru par le navigateur du sous-sol.

Une fois la nouvelle technologie démontrée avec succès, les prochaines étapes consisteront à la rationaliser afin qu’elle puisse être intégrée aux smartphones.

« La taille du détecteur du récepteur sera une échelle à puce », a déclaré Tanaka. « Nous n’avons pas non plus besoin d’une synchronisation précise de l’heure ; l’horloge atomique n’est donc plus nécessaire. Par conséquent, il est tout à fait possible d’adapter [in] smartphones. »

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