Įsivaizduokite spindulį, pakankamai galingą sukurti daleles, kurios be trukdžių praeina per beveik du metrus armuoto betono ir kitoje pusėje nubrėžia paslėptų objektų šešėlį. Būtent tai ką tik parodė Rumunijos ELI-NP tyrėjai: pirmasis tokio tipo vaizdas, sukurtas naudojant muonus, generuotus galingiausiu pasaulio lazeriu.
Kaip muonai tapo kamera
Muonai yra elektronų giminaičiai, sunkesni ir trumpo amžiaus, paprastai susidarantys, kai kosminiai spinduliai pataiko į Žemės atmosferą. Jie elgiasi kaip mažytės, labai prasiskverbiančios kulkos: kai kurios praeina per tankią uolieną ir metalą, kurių net stiprūs rentgeno spinduliai neįveikia. Mokslininkai jau anksčiau išnaudojo natūralius muonų srautus, naudodami juos Egipto piramidžių žemėlapiams kurti ir žvalgant šachtas. Tačiau natūralūs muonai pasiekia ribotais kampais ir mažais srautais, todėl greitai ir kryptingai vaizduoti yra sudėtinga.
Norėdami apeiti šį apribojimą, grupės ėmė naudoti dirbtinę gamybą. Nukreipkite didelės intensyvumo lazerį į taikinį, pagreitinkite elektronus iki itin didelių energijų ir leiskite tiems elektronams pataikyti į konverterį: išsiskiria pionai, o paskui muonai. Pernai bendri darbai Kinijoje, Jungtinėse Valstijose ir Jungtinėje Karalystėje įrodė pagrindinį metodą lazeriu varomai muonų generacijai. ELI-NP eksperimentas žengia kitą žingsnį, naudodamas 10 petavatų lazerį, kad pagamintų spindulį pakankamai stiprų vaizduoti objektus už beveik dviejų metrų storio betono barjero.
Rumunijos eksperimento detalės
ELI-NP komanda sutelkė 10 petavatų impulso energiją elektronams pagreitinti, nukreipdama juos į švino konverterį, kuriame susiformavo antrinių dalelių kaskada. Filtravimo sankaupa iš polietileno lakštų ir parafino blokų pašalino daug nepageidaujamų įkrautų dalelių, palikdama gana gryną muonų srautą. Tie muonai vėliau praėjo per 1,8 metro betoninę sieną ir trenkė į detektorius, išdėstytus furgone kitoje pusėje. Detektoriai užfiksavo ne aukštos raiškos fotografiją, o aiškią muonografijos siluetą: už sienos esančios švino plokštės sukėlė pastebimus šešėlius, palyginti su tuščia kontrole.
Ankstyvi vaizdai yra grūdėti. Jie neturi optinių kamerų aiškumo. Vis dėlto rezultatas yra svarbus. Jis parodo kontroliuojamą būdą generuoti muonus pagal poreikį ir naudoti juos kryptingam vaizdavimui, o ne laukti lėto ir stokastiško kosminių muonų kritimo.
Ankstesni bandymai parodė susijusias galimybes. Ankstesnis testas nufotografavo švino svorius furgone, tačiau tyrėjai negalėjo užtikrintai apskaičiuoti, kiek užfiksuotų dalelių buvo tikri muonai, todėl pirmojo dirbtinio muonų vaizdo autorystė liko ginčytina. ELI-NP darbai sustiprina šį įrašą, derindami didelės galios lazerio šaltinį su fiziniais filtrais ir aiškiu detektorių išdėstymu.
Pasekmės ir tolesni žingsniai
Kam galėtų tikti lazeriu valdomas muonų fotoaparatas? Pagalvokite apie neinvazines patikras ten, kur tradiciniai metodai nepavyksta: tirti storą betoną ir uolieną kasybos tyrimams, tikrinti užkastų pamatų arba istorinių akmeninių konstrukcijų branduolių vientisumą bei skenuoti tankius krovinius ar laivų korpusus be destruktyvaus atidarymo. Aerokosminėje ir saugumo srityse inžinieriai galėtų naudoti tokią vaizdinę informaciją patvirtinti vidines metalo konstrukcijas raketų pakopose ar didelių krovininių laivų korpusuose, kur prieiga ribota.
Iššūkiai išlieka. Muonų gamyba turi tapti efektyvesnė ir kompaktiškesnė. Detektorių sistemos reikalauja greitesnio nuskaitymo ir geresnės skiriamosios gebos. Tyrėjų komanda pažymi, kad tai ankstyvos demonstracijos, o ne paruoštos lauko sistemos. Jie įsivaizduoja ateities nešiojamą instrumentą, įkvėptą laboratorinio išdėstymo, su mažesniu greitintuvu ir detektorių komplektu, kurį būtų galima dislokuoti tikslioms patikroms.
Eksperimento aprašymo projektas yra prieinamas arXiv, ir bendruomenė stebės, kaip ši technika bręsta. Šiuo metu ELI-NP rezultatas yra reikšmingas koncepcijos įrodymas: kontroliuojama muonų generacija gali atlikti tai, ką natūralūs muonai jau sugeba, tačiau pagal poreikį ir galimais naujais kampais bei greičiais. Toks valdymas gali pakeisti, kaip mes žvelgiame į tankiausias mūsų pasaulio dalis.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.