Muonii generați cu laser produc primele imagini ale obiectelor dense
Cercetătorii au reușit pentru prima dată să obțină imagini ale unor obiecte dense folosind un fascicul artificial de muoni generați cu ajutorul unui laser de putere ultra-mare. Experimentul a fost realizat la instalația Extreme Light Infrastructure—Nuclear Physics (ELI-NP) din România, de o echipă care o include pe Madalina Dobre de la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică și Inginerie Nucleară „Horia Hulubei”. Rezultatele au fost publicate pe serverul de preprint arXiv.
Muonii sunt particule similare electronilor, dar de aproximativ 200 de ori mai grele, ceea ce le permite să străbată mai mulți metri de rocă sau metal înainte de a fi absorbiți. Această proprietate stă la baza muografiei, o tehnică prin care structura internă a unui obiect este reconstruită prin măsurarea muonilor care ies din obiect și a modului în care traiectoriile lor sunt deviate. Muografia a permis deja realizări remarcabile, precum descoperirea unei camere ascunse în Marea Piramidă din Giza în 2023.
Totuși, muonii cosmici sunt produși natural într-un ritm extrem de scăzut — aproximativ un muon pe centimetru pătrat pe secundă — ceea ce face ca fiecare scanare să dureze luni. Fasciculele artificiale de muoni ar putea accelera considerabil procesul, dar până acum a fost dificil să se producă muoni cu suficientă energie pentru imagistică și, în același timp, să fie separați de celelalte particule create odată cu ei.
În noul studiu, echipa a folosit un laser ultra-puternic pentru a accelera electroni la energii extrem de mari într-un gaz. Când acești electroni au lovit o țintă solidă, au produs explozii de lumină care au generat perechi de muoni. Pentru a bloca particulele nedorite, cercetătorii au trecut fasciculul printr-un filtru mare din plastic și parafină, urmat de un zid de beton gros de 2 metri.
Detectoare portabile amplasate într-o dubă, la până la 42 de metri de sursă, au înregistrat umbra proiectată de un teanc de cărămizi de plumb. Forma acestei umbre s-a potrivit îndeaproape cu dimensiunea și poziția cunoscute ale cărămizilor. Comparând măsurătorile cu simulări computerizate detaliate, echipa a confirmat că aproximativ 90% dintre particulele detectate erau muoni, cu energii consistente cu sursa lor generată de laser.
Acest rezultat reprezintă prima imagine dominată de muoni artificiali generați cu laser. Deocamdată, rezoluția imaginii este scăzută, iar îmbunătățiri suplimentare ale detectoarelor și laserelor vor fi necesare înainte ca tehnica să poată scana obiecte mai complexe. Cercetătorii se declară însă încrezători că aceste provocări pot fi depășite și că fasciculele de muoni disponibile la cerere ar putea fi aplicate în scenarii reale, de la inspectarea infrastructurii îmbătrânite până la detectarea materialelor nucleare ascunse în blindaje grele.
