Systém MuWNS. Kredit: H. Tanaka.

Kdo by neznal globální polohový systém GPS? Americká satelitní rádiová navigace, budovaná od roku 1978, která v dnešní době využívá 32 satelitů, představuje důvěrnou součást každodenního života. Na GPS závisí celá řada civilních odvětví a samozřejmě vojenských aplikací, kvůli nimž byl tento systém původně vytvořen Pentagonem.

Hiroyuki Tanaka. Kredit: University of Tokyo.

GPS obvykle funguje skvěle. Ale ne všude. Satelitní navigace mívá problémy uvnitř staveb, pod zemí, a také pod vodou. GPS rovněž bývá terčem elektronických útoků protivníka. Hiroyuki Tanaka z japonské University of Tokyo a jeho kolegové vyvíjejí pozoruhodnou alternativu, technologii mionometrické bezdrátové navigace MuWNS (Muometric Wireless Navigation System). Tato navigace by se měla uplatnit právě v situacích, kdy je systém GPS v koncích.

Navigace MuWNS využívá miony, čili nestabilní elementární částice ze skupiny leptonů. Miony vznikají v pozemské atmosféře při rozpadu pionů, vzniklých na pár nanosekund během bombardovaní atmosféry kosmickým zářením. Miony se rovněž prakticky ihned rozpadají, ale pohybují se tak rychle, že kvůli relativistické dilataci času zasahují zemský povrch. Každý čtvereční metr povrchu planety zasáhne každou minutu asi 10 tisíc mionů.

Logo. Kredit: University of Tokyo.

Miony nabízejí vícero zajímavých možností uplatnění a navigace je jednou z nich. Tanakův tým testoval systém MuWNS v útrobách velké mnohopodlažní budovy, kde konvenční GPS navigace selhává. Do suterénu budovy poslali vědce s kapesním mionovým detektorem. Badatelé sledovali jeho pozici s pomocí čtyř referenčních stanic na šestém podlaží zmíněné budovy. Referenční stanice přitom fungovaly jako satelity systému GPS.

Navigace MuWNS dosáhla během testu velmi slušné přesnosti. Jak uvádí Tanaka, v současnosti má jejich systém přesnost v průměru na 25 až 2 metry, podle toho, kde a jakou rychlostí se pohybuje osoba s detektorem. Je to stejně dobrý, ne-li lepší výkon, ve srovnání s GPS navigací v zastavěných oblastech (GPS single point positioning). Pro praktické využití je to ale stále málo.

Podle Tanaky je klíčem ke zlepšení přesnosti navigace MuWNS přesná synchronizace času. V tom by se mohly uplatnit miniaturizované atomové hodiny. Taková zařízení jsou dnes ve vývoji, ale stále jsou příliš drahá na to, aby byla prakticky použitelná. Technologie mionové navigace je teprve v plenkách. Například, badatelé sledovali kolegy s detektorem až zpětně, nikoliv v reálném čase. Vývoj ale běží slibně a mionová zařízení jsou už téměř na dosah.

Video: ‘muons; Detection, Cosmology, Tomography, Navigation and Civil Engineering’

Literatura

New Atlas 18. 6. 2023.

iScience online 29. 5. 2023.