Muons:鲜为人知的粒子有助于探查坚不可摧

介子正在成为主流。粒子是落在地球每平方厘米上的电子的重磅形式,在粒子物理学之外鲜为人知。去年,它帮助考古学家惊人地发现了埃及大金字塔1以前不为人知的密室。

火山学家和核工程师也正在为同种技术找到新用途,即所谓的muography,它利用μ子来探测密集结构的内部。最早的公司正在寻求套现。

英国格拉斯哥大学的物理学家戴维·马洪(David Mahon)说:“去年在金字塔中的发现确实使人文地理学受到关注。”他组织了一次国际会议,名为“宇宙射线人文科学”。皇家学会,于5月14日至5日在英国纽波特帕涅尔举行。

傻瓜无处不在

介子具有与电子相同的负电荷,但质量是电子的200倍。它们是由称为宇宙射线的高能粒子撞击地球大气中的原子而制成的。介子以接近光速的速度从各个角度射向地球。行星的每个手部大小区域每秒受到大约1微米的撞击,并且粒子在被吸收之前可以穿过数百米的固体物质。

法国克莱蒙费朗物理实验室的物理学家克里斯蒂娜·卡蒙·洛洛格纳(Cristina C芒·洛洛格努)表示,它们的无处不在和穿透力使μ子非常适合对大型稠密物体成像,而不会损坏它们。物质越稠密,它们从粒子吸收的能量就越多,因此物理学家可以追踪不同能量的μ子到达目标周围探测器的频率,并将其与无障碍物的预期比率进行比较,以建立3D分布图。内部密度(请参见“ Muon贴图”)。

自1950年代以来,物理学家就一直在尝试这项技术,包括在Giza2的第二大金字塔中寻找隐藏的暗室失败。但是,房间大小的探测器价格昂贵且不切实际,意大利佛罗伦萨大学的粒子物理学家,层析成像会议的共同组织者Raffaello D'lessandro说。它们的重量可能超过10吨,并依靠μ子的能力将有时爆炸性气体的粒子电离。

换钉

在诸如CERN,瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室之类的设施中开发出的一种更精确地跟踪带电粒子路径的方法,已经成为一种更安全,更小,更灵敏的μ子探测器。它们现在可以紧凑到只有几平方米,并且可以在太阳能板上运行,从而可以将它们带到偏远的现场。

由于日本研究人员的开创性工作,火山已成为该技术的热门目标。卡蒙·洛洛格努(C芒rloganu)说,绘制熔岩通道比从密集的岩石中吸收更多的能量,可以从泥浆中吸收能量,有一天可以帮助预测火山爆发。今年,研究人员将尝试对意大利维苏威火山内凝固的熔岩塞进行成像。D'lessandro说,当与更常规的地球物理方法结合使用时,这些图像可以帮助火山学家推断出哪些部分将在喷发过程中首先爆炸。他是维苏威(Musaves)的Muon射线照相术项目的一部分。

意大利那不勒斯费德里科二世大学的物理学家朱利奥·萨拉奇诺(Giulio Saracino)说,较小的设备也被用于考古。他和他的团队绘制了Echia山(那不勒斯的一个定居点,自公元前八世纪以来就被占领)下方的空洞和隧道图。他们还计划在附近的古马(Cumae)古城下寻找传闻中的渡槽。Dlessandro是一个团队的成员,该团队使用μ子探查佛罗伦萨十五世纪大教堂圆顶的墙壁,该圆顶已经形成裂缝。

金钱摄影

在会议上介绍了一系列的商业照相术-“五”,探测较小的样本,例如鼓状核废料。这些应用程序通常使用略有不同的技术,该技术可跟踪μ子撞击材料中的原子核时如何改变方向。

通过在样品的两侧放置检测器,物理学家可以重现粒子轨迹。而且由于偏转角与μ子击中的物质的密度相关,因此研究这些路径可以帮助创建被探测材料的密度图。工程师可以使用这种方法在核废料容器中发现铀的杂散碎片,即使将其封装在混凝土或钢中也是如此。

“要获得中心深处的信息,μ子几乎是唯一可以做到的事情,”马翁说。Heis是一家位于格拉斯哥的名为Lynkeos Technology的公司的董事,该公司将于下个月在塞拉菲尔德的英国国家核实验室开始对核废料样品进行成像。这将是公司的第一个商业合同。

在美国,在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室进行的试验发现,类似的技术可以发现从乏燃料桶中去除燃料棒的位置。洛斯阿拉莫斯物理学家克里斯托弗·莫里斯(Christopher Morris)在会议上说,只有四根被盗的燃料棒可以提供足够的p来制造原始的核武器。

设在特拉维夫的以色列Lingacom公司也正在研究将该技术用于安检(例如在边境口岸),以检查集装箱中是否有走私的核材料。其他公司计划使用摄影术来跟踪石油工业管道的磨损,并在老矿山中寻找矿物。

但是在许多学术领域,这项技术仍然受到耸耸肩和古怪的外观的欢迎。尽管发现了诸如大金字塔隐秘室之类的发现,但该技术仍未得到证实。Saracino说:“这是一种来自高能物理世界的非常专业的新技术。”“我第一次向地质学家说我们拥有μ子技术,他们说,“榃子是什么?”他们着迷,但也有些警惕。 / p>

自然557,620-621(2018)

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