Аннотация:
Исследователи использовали лазер мощностью 10 петаватт в Центре ядерной физики Extreme Light Infrastructure в Румынии, чтобы сгенерировать высокоэнергетический мюонный луч и получить «изображение» объекта за стеной через бетонную стену толщиной два метра. Это не сам лазер, проникающий в бетон, а мюоны, вырабатываемые лазером, ускоряющие проходящие через стену электроны, а затем сигнал регистрируется детектором на другой стороне. Исследовательская группа заявила, что впервые лазеры используются для искусственной генерации мезонов и получения полной визуализации мезонов.
Мезоны — это элементарные частицы, значительно тяжелее электронов. Когда высокоскоростные протоны космических лучей сталкиваются с атомами в атмосфере Земли, они производят пионы, которые затем распадаются на пионы. Мезоны имеют чрезвычайно короткий срок жизни, но имеют большую массу. Некоторые мезоны из космоса все еще могут достигать поверхности и проникать в плотные материалы, такие как камни. Их способность превосходит даже самые сильные рентгеновские лучи. Археологи и инженеры использовали природные космические мезоны для обнаружения таких структур, как внутренние полости пирамид и подземные месторождения полезных ископаемых.
Однако поток мезонов в естественной Вселенной невелик, всего около одного на квадратный сантиметр в секунду, а угол падения ограничен, что затрудняет быстрое получение изображений по требованию или наблюдение со стороны. Чтобы искусственно создать мюоны, исследовательская группа использовала сильные лазеры для ускорения электронов вдоль электромагнитных волн, а затем позволила электронам поразить свинцовую мишень. Ранее исследователи из Китая, США и Великобритании продемонстрировали, что этот метод осуществим; Другая международная группа, включающая исследователей из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и Университета штата Колорадо, также генерировала пучок частиц аналогичным образом и сфотографировала свинец в грузовике, но фактическая доля мезонов была неясна, поэтому можно ли считать это первым искусственным изображением мезонов, было спорным.
В этом эксперименте лазер мощностью 10 петаватт на короткое время высвободил чрезвычайно большую мощность, и исследователи позволили ускоренным электронам удариться о свинцовый барьер. Чтобы максимально отфильтровать частицы, отличные от мюонов, команда разработала фильтр, состоящий из полиэтиленового листа, завернутого в парафиновый блок, позволяющий относительно чистому мюонному лучу проходить через бетонную стену толщиной два метра и достигать детекторной матрицы в автомобиле, припаркованном по другую сторону стены. В конце концов детектор зафиксировал изображение тени от груды свинцовых блоков за стеной.
Текущие результаты съемки приблизительны и содержат ограниченное количество деталей, а соответствующие исследования по-прежнему публикуются в виде препринтов. Исследователи полагают, что если технология продолжит развиваться, в будущем могут быть созданы меньшие по размеру и более портативные системы визуализации, которые можно будет использовать для проверки железного корпуса ракет, внутренней структуры гор или каменных фундаментов древних зданий, а также можно будет распространить на такие области, как проверка безопасности и добыча полезных ископаемых.
Комментарии