دانشمندان با قوی‌ترین لیزر جهان از پشت دیوار بتنی ۲ متری تصویربرداری کردند

پژوهشگران از قدرتمندترین لیزر جهان استفاده کردند تا یک تصویر از اشیای پشت یک دیوار بتنی با ضخامت 1.8 متر ثبت کنند. این دستاورد در مرکز پژوهشی ELI-NP رومانی به دست آمده است. تصاویر ثبت‌شده هنوز وضوح و جزئیات زیادی ندارند؛ اما پژوهشگران این آزمایش را پیشرفتی مهم در فناوری تصویربرداری می‌دانند. از این فناوری می‌توان در حوزه‌هایی مانند امنیت و معدن‌کاری استفاده کرد. این دستاورد با تولید ذرات «میون» محقق شد. میون‌ها ذراتی شبیه الکترون، اما بسیار سنگین‌تر از آن هستند. این ذرات معمولاً هنگامی ایجاد می‌شوند که پروتون‌های پرسرعت در جو بالایی زمین با اتم‌ها برخورد می‌کنند و ذراتی به نام پیون به وجود می‌آید. پیون‌ها به‌سرعت به میون تبدیل می‌شوند و میون‌ها نیز پس از مدت کوتاهی از بین می‌روند. با وجود عمر بسیار کوتاه، میون‌هایی که از فضا به زمین می‌رسند می‌توانند از لایه‌های متراکم سنگ عبور کنند و به عمقی نفوذ کنند که حتی پرتوهای قدرتمند ایکس نیز به آن نمی‌رسند. دانشمندان پیش‌تر از بارش‌های کیهانی میون برای کشف ساختارهایی درون اهرام مصر استفاده کرده بودند. در این تصویر، بلوک‌های سربی (سمت چپ) در مقایسه با حالتی که هیچ بلوک سربی‌ای پشت دیوار بتنی وجود ندارد (سمت راست) دیده می‌شود. تولید میون با لیزر برای تصویربرداری از پشت بتن بارش‌های طبیعی میون برای کشف معادن در اعماق زمین نیز کاربرد دارد. اما این روش با محدودیت‌هایی روبرو است. میون‌های طبیعی با زاویه‌های نسبتاً محدودی به سطح زمین می‌رسند و تعدادشان نیز کم است. به همین دلیل، تصویربرداری سریع یا تهیه تصاویر از زاویه‌های جانبی دشوار می‌شود. یک راه برای حل این محدودیت‌ها، تولید میون با روش‌های مصنوعی است. دانشمندان می‌توانند از لیزرها برای شتاب دادن به الکترون‌ها و برخورد دادن آن‌ها با یک مانع استفاده کنند. سال گذشته، گروهی از دانشمندان در چین، آمریکا و بریتانیا از این روش برای تولید موفقیت‌آمیز میون استفاده کردند. در یک آزمایش دیگر نیز دانشمندان تصویری از وزنه‌های سربی داخل یک کامیون تهیه کردند. البته در این آزمایش مشخص نبود که چه تعدادی از ذرات تولیدشده میون بودند. به همین علت، عنوان نخستین عکس‌برداری با میون ساختگی هنوز محل اختلاف بود. در این آزمایش جدید در رومانی، دانشمندان از لیزر 10 پتاواتی ELI-NP، که قوی‌ترین لیزر دنیاست، استفاده کردند تا الکترون‌ها را شتاب و با یک مانع سربی برخورد دهند. آن‌ها از یک فیلتر با ورقه‌های پلی‌اتیلن و بلوک‌های پارافین استفاده کردند تا ذرات غیرمیون را حذف کنند. سپس پرتو نسبتاً خالص میون از یک دیوار تقریباً دو متری عبور کرد و به مجموعه‌ای از آشکارسازها در یک ون در سوی دیگر دیوار رسید. این آشکارسازها یک سایه از مجموعه بلوک‌های سربی را ثبت کردند. پژوهشگران این را نخستین تصویر میونوگرافی تولیدشده با لیزر می‌دانند. این روش هنوز باید توسعه یابد. پژوهشگران امیدوارند که در آینده بتوانند یک سامانه کوچک‌تر و قابل حمل بر پایه فناوری استفاده‌شده در این آزمایش بسازند. این سامانه می‌تواند در تصویربرداری از بدنه فلزی راکت‌ها، کشتی‌های باری، هسته‌های کوه‌های سنگی یا پی‌های سنگی بناهای تاریخی کاربرد داشته باشد. پیش‌نویس این مقاله در وب‌سایت arXiv در دسترس است.