Nhật Bản dùng tia vũ trụ theo dõi chuyển động trong lòng đất

Các nhà khoa học phát triển hệ thống định vị toàn cầu có thể theo dõi cả những chuyển động dưới lòng đất nhờ tia vũ trụ mạnh mẽ.

Tia vũ trụ là các hạt năng lượng cao bắt nguồn từ ngoài không gian, bao gồm những nguồn như Mặt trời, thiên hà xa xôi, siêu tân tinh và thiên thể khác. Dù con người không thể nhìn thấy hay cảm nhận trực tiếp tia vũ trụ, chúng vẫn liên tục dội xuống Trái đất từ ngoài không gian. Thực tế, chúng dồi dào đến mức giới khoa học ước tính, cứ mỗi phút lại có một tia vũ trụ dội xuống một cm² bề mặt Trái đất.

Minh họa các tia vũ trụ dội xuống Trái đất từ không gian. (Ảnh: Shutterstock).

Nhóm nghiên cứu do giáo sư Hiroyuki Tanaka từ Đại học Tokyo dẫn đầu sử dụng tia vũ trụ để phát triển một hệ thống định vị toàn cầu có thể theo dõi các chuyển động trong lòng đất, Interesting Engineering hôm 18/6 đưa tin. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí iScience.

Khi tiến vào khí quyển Trái đất, tia vũ trụ va chạm với những phân tử và nguyên tử trong không khí, tạo ra các hạt thứ cấp gọi là muon. Muon là hạt hạ nguyên tử cơ bản giống như electron nhưng nặng hơn gấp 207 lần. Muon có thể xuyên qua vật rắn, mức độ xuyên phụ thuộc vào độ đặc của vật thể. Ví dụ, đá và các tòa nhà hấp thụ nhiều muon do có độ đặc cao.

Trong khi đó, GPS dựa vào sóng vô tuyến truyền thống thường yếu hơn ở độ cao lớn hơn và dễ bị phân tán. Điều này khiến việc sử dụng nó để phát hiện chuyển động dưới lòng đất rất khó khăn.

Tanaka cùng đồng nghiệp khai thác tính chất của tia vũ trụ để lập bản đồ những nơi khó tiếp cận như núi lửa, lõi của lò phản ứng hạt nhân và kim tự tháp. Họ phát triển hệ thống định vị không dây mới sử dụng hạt muon mang tên MuWNS. Hệ thống bao gồm các máy dò tham chiếu trên bề mặt và một máy dò thu nhận dưới lòng đất để phát hiện đường di chuyển của hạt muon. Bằng cách phân tích thời gian và hướng của các muon, MuWNS xác định vị trí tương đối của máy dò thu nhận dưới lòng đất so với máy dò tham chiếu trên bề mặt.

Sau đó, toàn bộ dữ liệu thu thập được sẽ giúp tái tạo đường đi của các muon nhằm tạo ra một mô hình hoặc bản đồ của khu vực dưới lòng đất. Bản đồ có thể cung cấp nhiều thông tin giá trị, ví dụ như thành phần và độ đặc của các vật liệu mà muon đi qua, cho phép các chuyên gia hình dung được những cấu trúc và đặc điểm địa lý dưới lòng đất.

Nhóm nghiên cứu kiểm tra hệ thống MuWNS mới bằng cách đưa cho một người máy dò thu nhận ở tầng hầm và đặt 4 máy dò tham chiếu trên tầng 6 của một tòa nhà. Họ sau đó đã tái dựng thành công đường đi của người dưới hầm bằng cách sàng lọc tia vũ trụ mà các máy dò thu được.

Nhóm chuyên gia đã chứng minh được hệ thống định vị toàn cầu bằng tia vũ trụ đầu tiên trên thế giới có thể hỗ trợ các nhiệm vụ tìm kiếm cứu nạn trong tương lai và hoạt động theo dõi núi lửa. Tiếp theo, họ dự định cải tiến MuWNS để có thể tích hợp vào điện thoại thông minh.