- 人造重子子束能穿透密集材料，提供非破壞性檢測。
- 鐳射驅動技術可按需生成可控粒子流，加快成像速度。
- 掃描時間由半年縮短至幾分鐘，提升實用性。
- 技術可應用於橋樑檢測及火山活動預測。
超人嘅 X 射線視覺其實並唔係咁超級。X 射線適合用於透視薄物體或醫療掃描，但厚混凝土牆壁同密集鉛屏障會完全阻擋 X 射線。物理學家已經找到了解決方案，即利用重子子粒子（muons），這些粒子係透過強力鐳射產生，能夠輕易穿透阻擋 X 射線嘅密集材料。來自羅馬尼亞嘅研究團隊，於極端光基礎設施—核物理（ELI-NP）設施進行研究，由 Mădălina Dobre 領導，首次成功使用鐳射驅動嘅人造重子子束影像物體。
人造重子子束具備可調節特性，對掃描阻擋其他成像技術嘅密集物體具有重要實用性。
下一代掃描技術自然形成嘅宇宙重子子能夠穿透地球上層大氣，深入固體結構，從而實現非破壞性嘅隱藏內部成像。早前，「重子子成像技術」已經映射出隱藏嘅內部結構，例如 2023 年發現嘅吉薩大金字塔內部秘密房間。然而，掃描時間仍然不切實際地緩慢，因為自然流入嘅宇宙粒子到達速度極慢。現時設施使用傳統粒子加速器產生低能量束，而高能重子子則需要鐳射驅動嘅場加速電子同固體目標相互作用。
突破性成像技術
羅馬尼亞 Horia Hulubei 國立研究所嘅研究人員已經解決咗速度挑戰，首次使用人造重子子束產生圖像。他們嘅鐳射驅動技術能夠按需生成可控粒子流，開啟快速可靠嘅實用成像之門。
Dobre 團隊利用羅馬尼亞 ELI-NP 設施中嘅高功率鐳射，產生第一幅以人造鐳射驅動重子子為主導嘅圖像。鐳射通過氣體加速電子，將其導向固體目標，創造出光脈衝以生成重子子對。經過利用塑料、石蠟以及厚達 2 米嘅混凝土牆過濾不必要嘅粒子後，位於一輛貨車內嘅探測器記錄下鉛磚堆的陰影。比較這些測量結果同電腦模擬，確認約 90% 檢測到嘅高能粒子為符合源模型嘅重子子。
「通過將數據與蒙特卡羅模擬進行比較，我們確認測得嘅束流輪廓同物體成像與能量幾 GeV 嘅人工重子子一致。據我們所知，這代表著以人造鐳射驅動重子子為主導嘅成像首次展示。」該團隊於預印本研究論文中寫道。
掃描時間大幅縮短
基礎設施的按需深層掃描初步圖片尚未清晰。它們顯得顆粒狀、低解像度，更像粗糙陰影而非高清掃描。然而，概念證明改變一切。自然宇宙射線重子子成像每平方釐米每秒僅產生約 1 個重子子，而鐳射驅動嘅脈衝能夠在瞬間產生數百萬個粒子，大幅減少掃描時間。按需生成集中嘅重子子束將掃描時間從原本需要半年縮短至幾分鐘。未來版本可能允許工程師掃描老化嘅橋樑，幫助地質學家繪製地下礦藏地圖，並讓邊境檢查人員能夠發現深藏於貨櫃內部嘅重型屏蔽核材料。
火山學家亦可利用該技術來繪製內部熔岩室和熔岩管，以幫助預測噴發。
鐳射驅動重子子技術的應用潛力
使用鐳射驅動的重子子束技術，為材料檢測帶來革命性進展，特別是在非破壞性成像方面。這項技術不僅能夠快速生成高能粒子流，還能顯著縮短掃描時間，從而提高檢測效率。未來，這項技術的應用範圍將擴展至橋樑安全檢測、地下資源探勘及火山活動監測等領域，對於保障公共安全及資源管理具有重要意義。