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一位藝術家描繪的宇宙射線從太空如雨點般落在地球上的插圖。圖片來源：美國生命科學網

宇宙射線碰撞產生的亞原子粒子已被用于創造一種新型全球定位系統(GPS)。在一項發表在《iSicence》的新研究中，日本東京大學科學家展示了他們如何利用這些高能粒子在建筑物內、地下或水下深處導航。這項突破未來可用于采礦、深海勘探和其他GPS無法工作的領域。

當宇宙射線，即由太陽、被稱為超新星的恒星爆炸和銀河系外的神秘來源產生的高能粒子，撞擊地球的高層大氣時，會分裂成粒子流，最終衰變為μ介子。

研究人員介紹說，宇宙射線μ介子均勻地落在地球上，并且無論穿過什么物質，它們總是以相同的速度行進，甚至可以穿透數公里的巖石。現在，他們利用μ介子開發了一種定位系統(muPS)，它可在地下、室內和水下工作。

這種新方法的工作原理與傳統的GPS類似，但科學家使用的是μ介子檢測傳感器作為參考點，而不是低地球軌道上的衛星。

μ介子成像通常發生在充滿氣體的腔體。當宇宙射線穿過它們時會產生閃光。通過探測器記錄這些閃光，科學家可計算粒子的能量和軌跡。這個過程類似于X射線成像或探地雷達，這些方法需要發射X射線或無線電波，而μ介子是自然發生的。

構成muPS基礎的系統依賴于地面上的4個μ介子參考站，為μ介子探測接收器提供坐標，接收器可部署在地下或水下。

日本團隊于2021年在東京灣成功測試了該系統的有線版本，在海平面以下45米的地方使用了10個μ介子接收器。這些接收器能繪制水流運動圖，有助于感知風暴或海嘯，與衛星氣象系統結合使用，該系統也有助于氣旋預測。

該系統的最新版本稱為測量無線導航系統(MuWNS)，為了擺脫笨重的電線，研究人員想出了一種使用高精度石英鐘來解決時滯問題的新解決方案，可在將參考站帶入地下之前，將參考站與GPS接收器同步。在建筑物中進行的MuWNS測試顯示，定位精度在2到25米之間。

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