تولید پرتوهای میون با لیزر/ تصویربرداری از درون مواد جامد ممکن شد!
پژوهشگران موفق شدند با استفاده از شتابدهندههای کوچک و لیزرهای پرقدرت، ذرات زیراتمی موسوم به میون (Muon) را تولید کنند؛ ذراتی که میتوانند مانند پرتوهای ایکس اما بسیار قویتر، از درون مواد جامد عبور کرده و ساختار درونی آنها را آشکار کنند. این دستاورد میتواند در آینده راه را برای ساخت اسکنرهای قابلحملی هموار کند که قادرند محمولههایی مانند اورانیوم و پلوتونیوم را درون کانتینرهای حملونقل شناسایی کنند.
به گزارش sciencenews، بهطور معمول تولید میونها به شتابدهندههای عظیم ذرات نیاز دارد، اما گروهی از پژوهشگران توانستهاند با استفاده از سامانههای لیزری فشرده همین فرایند را در مقیاسی بسیار کوچک انجام دهند. به گفته راجیو پاتاتیل پژوهشگر آزمایشگاه رادرفورد اپلتون در بریتانیا، میونها بهترین ذرات برای نفوذ در مواد سخت و ضخیم مانند فلز، بتن یا سنگ هستند، زیرا میتوانند چندین متر در عمق ماده پیش بروند بدون آنکه بهطور قابل توجهی پراکنده شوند.
پیش از این دانشمندان از میونهای طبیعی که در برخورد پرتوهای کیهانی با جو زمین تولید میشوند، برای مشاهده درون آتشفشانها، هرمها و دیگر سازههای بزرگ استفاده میکردند. اما این میونهای طبیعی بسیار کمیاباند؛ تنها یک ذره میون در هر سانتیمتر مربع زمین در هر دقیقه فرود میآید. این موضوع سبب میشود تصویربرداری با میونها در مقیاس عملی بهویژه در محیطهایی مانند بنادر شلوغ، بسیار زمانبر باشد.
به همین دلیل تولید مصنوعی پرتوهای میون میتواند این فرایند را سرعت ببخشد و کاربردیتر کند. در روش جدید، پژوهشگران از شتابدهندههای فشردهای استفاده کردند که در آنها لیزر با انرژی بالا بر پلاسما (مادهای متشکل از ذرات باردار) تابانده میشود. این تابش موجی از بار الکتریکی در پلاسما ایجاد میکند که الکترونها را تا نزدیکی سرعت نور شتاب میدهد. هنگامی که این الکترونهای پرانرژی به موادی چگال مانند سرب برخورد میکنند پرتوهایی از میونها تولید میشود.
در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در ایالات متحده، پژوهشگران توانستند تنها در فاصلهای به طول ۳۰ سانتیمتر الکترونها را تا انرژی ۱۰ میلیارد الکترونولت شتاب دهند و از برخورد آنها با سرب، میونهایی با انرژی چند میلیارد الکترونولت تولید کنند. این میزان انرژی معمولا به شتابدهندهای هزار برابر بلندتر نیاز دارد. به گفته جیرون شراک فیزیکدان دانشگاه مریلند، در واقع میتوان یک ماشین کیلومتری را در ابعاد یک آزمایشگاه جای داد.
پژوهشگران میونها را بر اساس زمان واپاشیشان شناسایی کردند؛ ذراتی با طول عمر متوسط ۲.۲ میکروثانیه. میونها از نظر ساختار شبیه الکترون هستند، اما جرم بیشتری دارند و به همین دلیل توان نفوذ بالاتری در مواد مختلف دارند.
در سوی دیگر گروهی از محققان در مرکز زیرساخت نور شدید فیزیک هستهای (ELI-NP) در ماگورله رومانی نیز موفق شدند با همین روش میونهایی با انرژی حدود یک میلیارد الکترونولت تولید کنند. نتایج این تحقیق در وبگاه arXiv منتشر شده و در انتظار داوری علمی است.
در چین نیز دانشمندان مرکز تأسیسات لیزر فوقسریع شانگهای توانستند میونهایی با انرژی مشابه ایجاد کنند. پژوهش آنان که در نشریه Nature Physics منتشر شده، بیشتر بر درک سازوکارهای تولید این ذرات در آن سطح انرژی تمرکز داشت.
به گفته پاتاتیل این دستاوردها حاصل پیشرفت سریع فناوری شتابدهندههای لیزری در سالهای اخیر است. او توضیح میدهد: برای تولید تعداد قابل توجهی از میونها باید الکترونها را تا نزدیکی سرعت نور شتاب دهید و این امر تنها در چند سال اخیر با توسعه فناوری لیزرهای بسیار قدرتمند ممکن شده است.
اگرچه شتابدهندههای لیزری فعلاً آنقدر کوچک و قابلحمل نیستند که بتوان آنها را در میدانی به کار گرفت اما پیشرفتهای آینده در فناوری لیزر میتواند تولید منابع قابلحمل میون را ممکن کند.
در آزمایشی مقدماتی در دانشگاه ایالتی کلرادو پژوهشگران یک آشکارساز میون و یک جسم سربی را درون کامیونی در نزدیکی منبع پرتو میون قرار دادند. جسم سربی سایهای از خود بر روی آشکارساز انداخت که بهخوبی در دادهها قابل مشاهده بود. به گفته شراک این آزمایش اثبات اولیه امکان کاربردی شدن پرتوهای میون تولیدشده با لیزر است؛ گامی مهم در مسیر توسعه فناوریهای تصویربرداری پیشرفته و قابلحمل بر پایه ذرات بنیادی.
انتهای پیام/
