“幽灵粒子”搞通信，这事儿靠谱吗？

中微子，一种基本粒子，由宇宙大爆炸、太阳核聚变等产生。它不带电、质量极其微小，运动速度接近光速。它还有一个非常重要的特点——几乎不与其他物质相互作用，所以被称为“幽灵粒子”。

在粒子物理学的标准模型中，中微子属于轻子，有三种“味”

图源：上海科技馆《粒子奇遇》

高速飞行的中微子虽然极少与其他物质相撞，但若真的撞上原子核，作用产生的高速粒子会引发一抹微弱的蓝光——切伦科夫光或者切伦科夫辐射。

哈尔岑在南极打造的“冰立方”，正是利用了切伦科夫辐射——在一立方千米的“冰立方”中安装了5160个光电倍增管，它们就像“眼睛”一样，时时刻刻在等着捕捉这一点点微光，证明中微子来过。

冰立方探测中微子示意图

图源：诺贝尔奖官网

中微子研究可以让科学家更好地了解宇宙的基本结构和演化过程。

比方说，中微子就潜藏着一个有可能改写通信史的超级身份：一种可以穿透地球、不怕深海、几乎无法拦截的全新信息载体。

我们目前使用的传统各种通信手段，比如5G、WiFi、光纤、卫星等，本质上都是电磁波的游戏，其中高频无线电波天生有个短板：太容易被挡住了。

电磁波在水中衰减极快，所以潜艇多用声波通信、释放浮标或使用甚低频/极低频岸基单向通信。

厚岩层对电磁波有强衰减作用，因此地下工事通信需特殊技术。

因为地球是圆的，所以远距离地面通信需卫星或中继站。

此外，信号还有被监听、干扰、截获的风险。

图源：版权图库

于是，我们不禁会想，有没有什么东西，能无视这些障碍呢？

科学家们想到了中微子，并开始尝试中微子通信的可能性。

因为就在此刻，每秒有无数颗来自宇宙的中微子正悄无声息地穿越我们的身体，它甚至还可以继续穿透整颗地球，从另一端穿出。

这个“穿墙”的天赋，正是通信领域梦寐以求的“超级buff”。

听起来这么科幻的通信方式，其实一点也不科幻。而且它已经有数十年研究历史，已完成原理突破，目前包括我国权威团队在内的各国科研团队正协同推进应用落地。

1977年，美国Saenz团队就在Science刊发论文，提出中微子束通信构想，不过这在当时被很多人视作天马行空。

2012年，美国费米实验室Stancil团队首次完成中微子通信原理演示。这个原理简单来说，把需要传递的信息编码成一串由0和1组成的二进制代码。通过加速器产生中微子束，用固定时隙内中微子脉冲的有无代表0和1。这样一组代码在接收端被接收后，再解码还原信息。

费米实验室中微子通信原理示意图

来源：Science News

在演示中，中微子束穿过240米岩层后仍可以被探测器接收。但是由于中微子束强度受限，接收端探测截面又极小，导致通信速率严重受限，只有大约0.1bit/s，慢到发一条微信可能要数小时。

但它钉死了最重要的结论：原理可行！

先泼个冷水，说结论：不能。

中微子强悍的穿透力，确实是优势，但“能否高效、可靠地传递信息”是中微子通信工程化的关键。这也恰恰是落地实现的最大难题。

现阶段想要产生强度可控且可编码的中微子束，主流方案需要依赖大型加速器；想要能够稳定接收信号，则需要成千上万吨探测介质、庞大地下阵列（JUNO的液体闪烁体有数万吨，“冰立方”的体积约一立方千米）。

然而，面对极高的能耗、天文数字的造价，传输速率目前却惨不忍睹。

不仅是WIFI，中微子通信也暂时无法取代5G、卫星等通信方式 ，它们之间更是一种优势互补的关系。

传统通信方式传输速率高，建设成本低，但对于地下灾害救援、穿地通信等情形，就无能为力了。中微子通信虽然效率低，装置庞大且昂贵，但强悍的穿透力可以填补现有通信技术的空白领域，例如重大灾害后地面/地下应急通信，深海通信，点对点全球通信，深空、星际直连远景理论场景，天然抗截获的物理层安全场景等。

虽然目前中微子通信不会在明天就让你家路由器升级成“中微子版”，但它给人类打开了一条山海无阻、直线可达、几乎无法拦截的通信道路。

这也如同在科学发展中，无数科学家用事实告诉我们的经验：人类往往先看见可能性，然后在无数个日夜里，一步步啃下工程难题。