研究表明宇宙射线μ子可用于地下导航

被称为μ子的超快亚原子大小的粒子首次被用于地下无线导航。通过使用与地下μ子探测接收器同步的μ子探测地面站，东京大学的研究人员能够计算出接收器在六层楼地下室中的位置。

由于GPS无法穿透岩石或水，这项新技术可用于未来的搜索和救援工作，以监测海底火山，并在地下和水下引导自动驾驶车辆。研究结果发表在iScience杂志上。

全球定位系统GPS是一种成熟的导航工具，提供了广泛的积极应用列表，从更安全的空中旅行到实时定位地图。但是，它有一些限制。GPS信号在高纬度地区较弱，可能会被干扰或欺骗(伪造信号取代真实信号)。信号也可以从墙壁等表面反射，被树木干扰，并且不能穿过建筑物、岩石或水。

相比之下，近年来，μ子一直是头条新闻，因为它们能够帮助我们深入了解火山、窥探金字塔和了解旋风内部。介子在世界范围内不断频繁地落下(大约每平方米每分钟10,000个)并且无法被篡改。

东京大学Muographix的HiroyukiTanaka教授解释说：“宇宙射线μ子均匀地落在地球上，并且无论它们穿过什么物质，总是以相同的速度行进，甚至穿透数公里的岩石。”“现在，通过使用μ介子，我们开发了一种新型GPS，我们称之为μ定位系统(muPS)，它可以在地下、室内和水下工作。”

MuPS最初是为了帮助检测由水下火山或构造运动引起的海底变化而创建的。它使用地面上的四个μ子探测参考站为地下的μ子探测接收器提供坐标。这项技术的早期迭代要求接收器通过电线连接到地面站，这极大地限制了移动。

然而，这项最新研究使用高精度石英钟使地面站与接收器同步。参考站提供的四个参数加上用于测量μ子“飞行时间”的同步时钟可以确定接收器的坐标。这个新系统称为测量无线导航系统(MuWNS)。

为了测试MuWNS的导航能力，参考探测器被放置在建筑物的六楼，而“导航者”将接收器探测器带到地下室。他们拿着听筒，在地下室的走廊里缓缓走来走去。不是实时导航，而是进行测量并用于计算他们的路线并确认他们所走的路径。

“MuWNS目前的精度在2米到25米之间，范围可达100米，具体取决于人行走的深度和速度。这与单点GPS定位一样好，甚至更好在城市地区的地面上，”田中说。“但离实用水平还差得很远，人们需要一米的精度，而这其中的关键就是时间同步。”

改进该系统以实现实时、精确到仪表的导航取决于时间和金钱。理想情况下，该团队希望使用芯片级原子钟(CSAC)。“CSAC已经上市，比我们目前使用的石英钟好两个数量级。但是，它们太贵了，我们现在无法使用。但是，我预计随着全球对CSAC的需求，它们会变得便宜得多手机增加了，”田中说。

MuWNS有朝一日可以用于导航在水下工作的机器人或引导地下的自动驾驶车辆。除了原子钟，MuWNS的所有其他电子元件现在都可以小型化，因此该团队希望最终将其安装到手机等手持设备中是可行的。在建筑物或矿井倒塌等紧急情况下，这可能会改变未来搜救队的游戏规则。