Учёные в румынском комплексе Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics получили изображение объектов за бетонной стеной толщиной два метра. Для этого они использовали 10-петаваттный лазер, ускоривший электроны и создавший поток мюонов.

Эксперимент провели в комплексе Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics (ELI-NP) в Румынии. С помощью лазера пиковой мощностью 10 петаватт исследователи ускорили электроны до высоких энергий и направили их на мишень, в результате чего образовался поток мюонов.

Затем мюоны прошли через бетонную стену толщиной два метра. С другой стороны находился массив детекторов, установленный в фургоне. Он регистрировал частицы, преодолевшие стену, и позволил восстановить изображение объектов за ней.

Качество полученных изображений значительно уступает обычной фотографии. Тем не менее на них удалось увидеть силуэт уложенных друг на друга свинцовых блоков. По словам исследователей, это первая официальная муография, созданная с помощью мюонов, искусственно полученных лазерным методом.

Мюоны — элементарные частицы, схожие с электронами, но гораздо более массивные. В естественных условиях они образуются высоко в атмосфере, когда космические лучи сталкиваются с атомами. Мюоны живут очень недолго, однако часть из них достигает поверхности Земли.

Большая масса позволяет этим частицам проходить через толстые слои горных пород и другие плотные материалы. Это свойство уже используют в муографии — методе, который, например, помогает обнаруживать неизвестные полости в пирамидах и исследовать структуры глубоко под землёй.

Однако естественный поток мюонов сравнительно слаб, а сами частицы приходят из ограниченного диапазона направлений. Поэтому технологию трудно применять в ситуациях, когда нужны изображения сбоку или быстрый результат.

Учёные ищут способы получать мюоны искусственно. Один из таких подходов основан на мощных лазерах: они ускоряют электроны и направляют их на специальную мишень. До румынского эксперимента исследователи из Китая, США и Великобритании уже показывали, что этот метод позволяет генерировать мюоны. Другая группа с помощью схожей технологии получила изображение свинцовых грузов в грузовике.

В ELI-NP учёные разработали специальный фильтр из полиэтиленовых листов и парафиновых блоков. Он уменьшал количество других частиц в полученном потоке, после чего мюоны направляли через бетонную стену к детекторам.

Огромная пиковая мощность лазера действует в течение очень короткого импульса. Этого достаточно, чтобы электроны достигали необходимых энергий.

Исследователи считают, что технология может найти применение для проверки толстых металлических конструкций, изучения геологических структур и археологических объектов. В будущем подобные системы потенциально можно будет использовать для наблюдения через корпуса ракет и кораблей, а также для исследования горных массивов без их разрушения.

Пока технология находится на очень ранней стадии развития. Эксперимент показал, что лазерно сгенерированные мюоны можно использовать для получения изображений через толстые материалы, но снимки остаются грубыми, а сама система требует огромной лазерной установки.

Результаты опубликованы в виде препринта на платформе arXiv и ещё должны пройти научное рецензирование.