- 人造μ子束能穿透致密材料，提供无损检测。
- 激光驱动技术可按需生成可控粒子流，加快成像速度。
- 扫描时间由半年缩短至几分钟，提升实用性。
- 技术可应用于桥梁检测及火山活动预测。
超人的 X 射线视力其实并不那么超级。X 射线适合用于透视薄物体或医疗扫描，但厚混凝土墙壁和致密铅屏障会完全阻挡 X 射线。物理学家已经找到了解决方案，即利用μ子粒子，这些粒子是通过强力激光产生，能够轻易穿透阻挡 X 射线的致密材料。来自罗马尼亚的研究团队，在极端光基础设施—核物理（ELI-NP）设施进行研究，由 Mădălina Dobre 领导，首次成功使用激光驱动的人造μ子束成像物体。
人造μ子束具备可调节特性，对扫描阻挡其他成像技术的致密物体具有重要实用性。
下一代扫描技术利用自然形成的宇宙μ子能够穿透地球上层大气，深入固体结构，从而实现无损的隐藏内部成像。早前，“μ子成像技术”已经绘制出隐藏的内部结构，例如 2023 年发现的吉萨大金字塔内部秘密房间。然而，扫描时间仍然不切实际地缓慢，因为自然流入的宇宙粒子到达速度极慢。目前设施使用传统粒子加速器产生低能量束，而高能μ子则需要激光驱动的场加速电子与固体靶相互作用。
突破性成像技术
罗马尼亚 Horia Hulubei 国立研究所的研究人员已经解决了速度挑战，首次使用人造μ子束产生图像。他们的激光驱动技术能够按需生成可控粒子流，开启快速可靠的实用成像之门。
Dobre 团队利用罗马尼亚 ELI-NP 设施中的高功率激光，产生第一幅以人造激光驱动μ子为主导的图像。激光通过气体加速电子，将其导向固体靶，产生光脉冲以生成μ子对。经过利用塑料、石蜡以及厚达 2 米的混凝土墙过滤不必要的粒子后，位于一辆货车内的探测器记录下铅砖堆的阴影。将这些测量结果与计算机模拟进行比较，确认约 90% 检测到的高能粒子为符合源模型的μ子。
“通过将数据与蒙特卡洛模拟进行比较，我们确认测得的束流轮廓与物体成像与能量几 GeV 的人工μ子一致。据我们所知，这代表着以人造激光驱动μ子为主导的成像首次展示。”该团队在预印本研究论文中写道。
扫描时间大幅缩短
设施的按需深度扫描初步图片尚不清晰。它们显得颗粒状、低分辨率，更像粗糙阴影而非高清扫描。然而，概念验证改变一切。自然宇宙射线μ子成像每平方厘米每秒仅产生约 1 个μ子，而激光驱动的脉冲能够在瞬间产生数百万个粒子，大幅减少扫描时间。按需生成集中的μ子束将扫描时间从原本需要半年缩短至几分钟。未来版本可能允许工程师扫描老化的桥梁，帮助地质学家绘制地下矿藏地图，并让边境检查人员能够发现深藏于集装箱内部的重型屏蔽核材料。
火山学家亦可利用该技术来绘制内部岩浆室和岩浆管，以帮助预测喷发。
激光驱动μ子技术的应用潜力
使用激光驱动的μ子束技术，为材料检测带来革命性进展，特别是在无损成像方面。这项技术不仅能够快速生成高能粒子流，还能显著缩短扫描时间，从而提高检测效率。未来，这项技术的应用范围将扩展至桥梁安全检测、地下资源勘探及火山活动监测等领域，对于保障公共安全及资源管理具有重要意义。