„Водата освежава тялото, учението – разума.“

Навигацията с помощта на релативистични частици е авангардна алтернатива на традиционните спътникови технологии (като GPS, GLONASS и Galileo), която използва космически мюони за определяне на координати. Тази иновативна концепция, известна като мюометрична безжична навигационна система (MuWNS) или Cosmic Ray Navigation System (CRoNS), е разработена предимно от учени от Университета в Токио и предлага решение за локация в среди, където радиосигналите не могат да проникнат.

От теорията на релативистките частици.
Очаквайки по-нататъшно представяне, трябва да се отбележи, че тук и по-долу релативистичните елементарни частици се разбират като елементарни частици, свързани с лептони (частици със спин ½h/2π, където h е константата на Планк), взаимодействащи с материята само в рамките на слаби и/ или електромагнитно взаимодействие (открити са четири типа взаимодействие: силно, слабо, гравитационно, електромагнитно), например: различни видове неутрино; мюони, които формират основата на материята и се движат със скорости, близки до скоростта на светлината във вакуум, които се характеризират с почти праволинейно движение.
Вероятността за взаимодействие на частица в микрокосмоса (със силно и слабо взаимодействие) може да се характеризира чрез стойността на общото ефективно напречно сечение на такова взаимодействие или просто ефективното напречно сечение на взаимодействие. В произведенията от 2000-те г. се предлага донякъде опростена формула за определяне на вероятността за взаимодействие на частица с вещество (под вероятност се разбира съотношението на броя на частиците, взаимодействащи с веществото, към общия брой на сноп от частици, пристигащ в вещество):

където σ е ефективното напречно сечение на взаимодействие, cm²,
n е плътността на атомните ядра в мишената, която се облъчва от сноп частици, 1/cm³,
L – дължина на целта, cm.
За силни и слаби взаимодействия са дадени стойностите на σ: ~10-24 cm² (което приблизително съответства на геометричното напречно сечение на атом) и ~10-43 cm², съответно. Анализирайки ги, може да се оцени вероятността за откриване на N частици в рамките на съществуващите през 2000 г. идеи за появата на слаби взаимодействия в материята, когато целта е облъчена от лъч от N₀ частици.

Ефективното напречно сечение на взаимодействие σ до голяма степен зависи от енергията на частиците, пристигащи към целта в лъча, и от масата на атомните ядра на целевото вещество. Трябва да се подчертае, че животът в микросвета също е подчинен на законите за запазване: енергия, импулс, а също така, което е характерно за микросвета, запазване на спина, ъгловия момент и ъгловия импулс на частицата, изразен в части от Константа на Планк.

Частиците на микросвета също се характеризират с условното си разделение на стабилни – живеещи дълго или неограничено време (например неутрино) до момента на тяхното разпадане, т.е. превръщането им в други, по-стабилни частици като обекти на микросвета и нестабилни – живеещи за ограничено време (например мюони) до момента на техния разпад.

Стабилността на частиците определя възможността за тяхното наблюдение на известно разстояние от мястото на техния произход. Според литературата, за нестабилни релативистични частици, средното време на живот τ, например, на мюон и дължината на неговия път до разпадане Ldec в лабораторна система (не е свързано с рамката на покой, с частицата, но е свързано с наблюдателя) зависи от неговата обща енергия (сумата от кинетичната енергия и енергията, дължаща се на масата на покой). Средният живот на една частица и нейната обща енергия се определят от следните отношения:

където τ₀ е времето на живот на мюона в рамката на покой, s, β = s/υ (υ е скоростта на частицата в лабораторната координатна система, [m/s]), m_µ е масата на покой на мюона, kg, E е общата енергия на частицата, эВ ( за справка (автор): мерната единица [эВ] е енергията на покой на електрона в [Дж ], 1эВ ≈ 1,6·10^-19Дж , взета като конвенционална единица) и

Например, с β ≈ 0,9999999, E = 2 2ГэВ, времето на живот на мюон (60 2,2 10 − τ ≈ ⋅ s) в лабораторната система ще бъде τ ≈ 42 μs, а дължината на неговия пътят ще бъде от порядъка на Ldisp ≈ 12500 m (без да се вземат предвид йонизационните загуби по пътя на мюона. С оглед на особеностите на поведението на субатомните частици, поведението на които е фундаментално описано от добре познатите фундаментални стохастични отношения – уравнението на Шрьодингер-Робъртсън – и чийто анализ се извършва върху ансамбли от частици, по-долу ще разбираме под частица точно ансамбъл от релативистични частици. Разграничават се поколенията частици, които се определят от тяхната стабилност и енергията, изразходвана за образуването на частиците; също се разграничават първични и вторични частици от едно и също поколение. След като направихме това кратко, но необходимо отклонение, което ще ни бъде полезно в бъдеще, нека продължим.

Малко история.
Предложенията за използване на релативистични елементарни частици за решаване на проблемите на комуникацията и навигацията с подводни обекти, както и съответната приложна работа, са извършени в чужбина, включително под ръководството на Дирекцията за научноизследователска и развойна дейност на ВМС на САЩ от края на 70-те години на миналия век. Източниците на частици за проблемите на навигацията могат да бъдат или от естествен произход (излъчвани от вътрешността на Земята, например геонеутрино, или от изкуствен произход – от ускорители на частици.

През 1995 г. в Русия се предполага, че неутрино от естествен произход няма да бъдат полезни за навигационни цели поради изключително слабото им взаимодействие с материята, с ниската им енергия – около 1 МэВ (това е общата енергия на частицата, за разлика от частиците, произведени в ускорители, където енергиите на частиците в лъча могат да достигнат десетки ГэВ.

Информация за някои исторически превратности при създаването на ускорителната технология е дадена в монография. По разглежданата тема, използването на релативистични неутрино за комуникация и навигация, са известни материали за провеждането или планирането на съответни експерименти: за приемане на неутрино сигнали на разстояние до 3000 km от ускорителя на частици, разработването на подводен неутринен „телескоп“ (проектът „DUMAND“) на дълбочина 4–5 km, създаването на ускорително-съхраняващ комплекс в района на Серпухов с регистрация на неутрини потоци в езерото Байкал, за пълномащабни експерименти с пренос на информация с помощта на неутрино от лабораторията на името на. E. Fermi (САЩ, FERMILAB, около 2012 г.) в рамките на темите MINERνA и NuMI.

Практическият интерес към използването на неутрино за решаване на проблема с навигацията се доказва, наред с други неща, от публикации от 2011 г. В статия от 1995 г. относно работата, извършена в СССР преди разпадането му, се отбелязва, че тогава, поради финансови затруднения, завършването им е забавено. Тук може да се добави, че не толкова поради финансови затруднения, а поради общото състояние на нещата, което ясно се доказва от доклада „Предварителна оценка на нови RF линейни структури за ускоряване, разработени в бившия Съветски съюз“, изготвен въз основа за резултатите от посещение в бившия СССР през 1994 г. на представители на корпорацията Grumman, американската армия, Националната лаборатория в Лос Аламос и лабораторията на Лорънс Бъркли. Докладът е изготвен за Командването на сухопътните войски и стратегическата отбрана на САЩ и е посветен на създадения в СССР уникален линеен ускорител на протони с обратна вълна (УЛОВ).

Възможни начини за решаване на проблема с изясняването на координатите на местоположението.
Анализът на информацията в отворени източници по тази тема ни позволява да идентифицираме вероятни начини за решаване на проблема, в някои от които активно се изследва по целия свят.
Нека по-нататък разгледаме релативистични или почти релативистични частици: неутрино и мюони като основен носител на информация за изясняване на координатите на място. Възможни източници на такива частици могат да бъдат от: вътрешността на Земята (геонеутрино), космически лъчи (неутрино, мюони), ускорители на частици или енергетически установки (неутрино, мюони).

Функцията на ускорители на частици или енергетически установки може да се изпълнява от:
а) малки ускорители, изградени по схемата на протонни ускорители на обратна вълна (т.нар. УЛОВ, BWLAP);
б) свръх малки ускорители, базирани на облъчване на тънкостенни мишени с лазерно лъчение (от нискомощни до пентаватови лазери), които могат да се захранват от сравнително малки енергетически установки, изградени съгласно ядрена релативистка технология (ЯРТ) или по схема, използваща механизма на кохерентни корелирани състояния (ККС, генерирани в различни среди при различни влияния, механизмът на мюонна катализа и други.

Някои други характеристики, свързани с възможното прилагане на навигация с помощта на релативистични частици, включително детектори на частици (неутрино и мюони), и възможно решение на навигационния проблем с помощта на нов физически феномен – топлинна вълна, ще бъдат обсъдени Допълнително.