要約:
研究者らは、ルーマニアの超軽量インフラ核物理センターで 10 ペタワットのレーザーを使用して高エネルギーのミュオン ビームを生成し、厚さ 2 メートルのコンクリート壁を通して壁の後ろにある物体の「画像」を撮影しました。これは、レーザー自体がコンクリートを貫通するのではなく、レーザーが壁を通過する電子を加速することによって生成されるミュオンであり、その信号が反対側の検出器によって記録されます。研究チームによると、人工的に中間子を生成し、中間子のイメージングを完了するためにレーザーが使用されたのは今回が初めてだという。
中間子は電子よりもはるかに重い素粒子です。宇宙線中の高速陽子が地球の大気中の原子に衝突すると、パイオンが生成され、その後パイオンに崩壊します。中間子の寿命は非常に短いですが、質量は大きいです。宇宙からの中間子の一部は依然として地表に到達し、岩石などの高密度物質を貫通する可能性があります。その能力は最強のX線をも超える。考古学者や技術者は、自然に発生する宇宙中間子を使用して、ピラミッドの内部空洞や地下の鉱床などの構造を検出してきました。
しかし、自然宇宙における中間子のフラックスは少なく、毎秒 1 立方センチメートルあたり約 1 つしかなく、入射角も限られているため、オンデマンドで迅速に画像化したり、側面から観察したりすることが困難です。ミューオンを人工的に生成するために、研究チームは強力なレーザーを使用して電磁波に沿って電子を加速し、電子を鉛のターゲットに衝突させた。これまでに、中国、米国、英国の研究者がこの方法が実現可能であることを実証しました。ローレンス・リバモア国立研究所とコロラド州立大学の研究者が参加する別の国際チームも、同様の方法で粒子ビームを生成し、トラック内の鉛を撮影したが、中間子の実際の割合が不明であったため、これが最初の人工中間子のイメージングとして数えられるかどうかは議論の余地があった。
この実験では、10 ペタワットのレーザーが非常に高い出力を短時間放出し、研究者らは加速された電子が鉛の障壁に衝突することを許可しました。ミューオン以外の粒子をできる限り除去するために、研究チームは、パラフィンブロックで包まれたポリエチレンシートからなるフィルターを設計し、比較的純粋なミューオンビームが厚さ2メートルのコンクリート壁を通過して、壁の反対側に駐車されている車両の検出器アレイに到達できるようにした。最終的に、検出器は壁の後ろに積まれた鉛ブロックの影の画像を記録しました。
現在の撮影結果は大まかで詳細が限られており、関連する研究は依然としてプレプリントの形で公開されています。研究者らは、技術が発展し続ければ、将来的にはより小型で持ち運び可能な画像システムが開発され、ロケットの鉄製の筐体や山の内部構造、古代の建物の石の基礎などの検査に使用できるほか、保安検査や採掘などの分野にも拡張される可能性があると考えている。
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