Bundar muon yang didorong laser memulai metode baru pengujian material non-destructif

Penglihatan sinar-X Superman sebenarnya tidak begitu super. Sinar-X cocok untuk menembus benda tipis atau pemindaian medis, tetapi dinding beton tebal dan perisai timbal padat akan sepenuhnya memblokir sinar-X. Fisikawan telah menemukan solusi, yaitu menggunakan partikel muon, partikel-partikel ini dihasilkan melalui laser kuat, mampu dengan mudah menembus material padat yang memblokir sinar-X. Tim peneliti dari Romania, di fasilitas Extreme Light Infrastructure—Nuclear Physics (ELI-NP), melakukan penelitian dipimpin oleh Mădălina Dobre, berhasil pertama kali menggunakan bundar muon buatan yang didorong laser untuk mencitrakan objek.

Bundar muon buatan memiliki karakteristik yang dapat disesuaikan, memiliki praktisitas penting untuk memindai benda padat yang memblokir teknologi pencitraan lain.

Teknologi pemindaian generasi berikutnya menggunakan muon kosmis yang terbentuk secara alami mampu menembus atmosfer atas Bumi, menembus struktur padat, sehingga mencapai pencitraan internal tersembunyi non-destructif. Sebelumnya, 'teknologi pencitraan muon' sudah memetakan struktur internal tersembunyi, misalnya ruang rahasia internal Piramida Agung Giza yang ditemukan pada 2023. Namun, waktu pemindaian tetap tidak realistis karena lambat, karena partikel kosmis alami yang mengalir tiba dengan kecepatan sangat lambat. Fasilitas saat ini menggunakan percepat partikel konvensional untuk menghasilkan bundar berenergi rendah, sedangkan muon berenergi tinggi memerlukan percepatan medan yang didorong laser dari elektron yang berinteraksi dengan target padat.

Teknologi Pencitraan Penerobosan

Peneliti di Institut Nasional Horia Hulubei Romania telah menyelesaikan tantangan kecepatan, pertama kali menggunakan bundar muon buatan untuk menghasilkan gambar. Teknologi laser-driven mereka mampu menghasilkan aliran partikel terkontrol sesuai permintaan, membuka pintu pencitraan praktis yang cepat dan andal.

Tim Dobre memanfaatkan laser berdaya tinggi di fasilitas ELI-NP Romania, menghasilkan gambar pertama yang didominasi oleh muon buatan laser-driven. Laser mempercepat elektron melalui gas, mengarahkannya ke target padat, menciptakan pulsa cahaya untuk menghasilkan pasangan muon. Setelah difilter oleh plastik, lilin, serta dinding beton tebal 2 meter untuk menghilangkan partikel tidak perlu, detektor di dalam sebuah truk mencatat bayangan tumpukan bata timbal. Membandingkan hasil pengukuran ini dengan simulasi komputer, mengonfirmasi sekitar 90% partikel berenergi tinggi yang terdeteksi adalah muon yang sesuai dengan model sumber.

„Dengan membandingkan data dengan simulasi Monte Carlo, kami mengonfirmasi profil bundar yang diukur dan pencitraan objek konsisten dengan muon buatan berenergi beberapa GeV. Sepengetahuan kami, ini mewakili demonstrasi pertama pencitraan yang didominasi oleh muon buatan laser-driven,” tulis tim tersebut dalam naskah pra-cetak penelitian.

Waktu Pemindaian Diperpendek Drastis

Gambar awal pemindaian mendalam sesuai permintaan fasilitas ini belum jernih. Gambar tersebut berbutir, resolusi rendah, lebih mirip bayangan kasar bukan pemindaian high-def. Namun, bukti konsep mengubah segalanya. Pencitraan muon sinar kosmis alami hanya menghasilkan sekitar 1 muon per sentimeter kuper detik, sedangkan pulsa laser-driven mampu menghasilkan jutaan partikel dalam sekejap, mengurangi waktu pemindaian drastis. Pembentukan bundar muon terpusat sesuai permintaan memangkas waktu pemindaian dari semula butuh setengah tahun menjadi beberapa menit. Versi masa depan mungkin memungkinkan insinyur memindai jembatan yang menua, membantu geolog memetakan cadangan mineral bawah tanah, dan memungkinkan petugas pemeriksaan batas menemukan material nuklir terlindung berat yang tersembunyi di dalam kontainer.

Vulkanolog juga dapat memanfaatkan teknologi ini untuk memetakan ruang magma internal dan saluran lava, guna membantu prediksi letusan.

Potensi Aplikasi Teknologi Muon Laser-Driven

Penggunaan teknologi bundar muon laser-driven membawa kemajuan revolusioner bagi pengujian material, khususnya dalam pencitraan non-destructif. Teknologi ini tidak hanya mampu dengan cepat menghasilkan aliran partikel berenergi tinggi, tetapi juga memangkas waktu pemindaian secara signifikan, sehingga meningkatkan efisiensi pengujian. Masa depan, cakupan aplikasi teknologi ini akan memperluas ke inspeksi keamanan jembatan, eksplorasi sumber daya bawah tanah, dan pemantauan aktivitas gunung berapi, memiliki arti penting untuk menjamin keamanan publik dan pengelolaan sumber daya.