ميونات مولدة بالليزر ترسم جسما في اختبار يمتد 42 مترا

نجحت تجربة ليزرية عالية القدرة في تكوين صورة لجسم باستخدام ميونات مولدة اصطناعيا، وهي جسيمات تستطيع عبور مواد كثيفة توقف أنواعا أخرى كثيرة من الإشعاع. ويقول الفريق الدولي إن خط القياس امتد حتى 42 مترا من المصدر، وإن شكل الحزمة والصورة المسجلة توافقا مع محاكاة مونت كارلو لميونات تحمل طاقات تبلغ عدة غيغا إلكترون فولت.

نُشرت المسودة على منصة arXiv في 23 سبتمبر، ثم حُدثت في 25 سبتمبر، ولم تخضع بعد لمراجعة الأقران. ويصف المؤلفون العمل بأنه أول تجربة تصوير تهيمن عليها حزمة ميونات اصطناعية مولدة بالليزر. وهذا التحديد مهم لأن تجارب سابقة رصدت ميونات أنتجها الليزر، كما عرضت مسودة منفصلة في يوليو تصويرا بلقطة واحدة بواسطة حزمة ثانوية مختلطة ضمت ميونات وبيونات ونيوترونات.

القفزة الجديدة ليست توليد الميونات فقط، بل قياسها كحزمة موجهة واستخدام الإشارة النافذة لتكوين صورة لجسم محجوب.

كيف تتكون الحزمة؟

مرت نبضة الليزر داخل هدف غازي وولدت موجة في البلازما دفعت الإلكترونات إلى طاقات عالية ضمن مسافة أقصر بكثير من المسرعات التقليدية المعتمدة على موجات الراديو. ثم اصطدمت الإلكترونات بمادة مرتفعة العدد الذري. وأنتجت الفوتونات عالية الطاقة الناتجة عن الاصطدام أزواجا موجبة وسالبة من الميونات عبر عملية بيثي هايتلر.

يعتمد التصوير بالميونات عادة على جسيمات تتولد عندما تضرب الأشعة الكونية الغلاف الجوي. تتوافر هذه الجسيمات مجانا في كل مكان، لكن تدفقها الضعيف قد يجعل التصوير يستغرق أياما أو أسابيع أو أكثر. ويمكن لمصدر اصطناعي أن يوجه عددا أكبر من الجسيمات خلال جسم محدد، بما قد يقلص زمن التعريض مستقبلا في فحص الحاويات والمنشآت الصناعية والتكوينات الجيولوجية والمواد النووية المحجوبة.

ما الذي أثبتته التجربة فعلا؟

استخدم الباحثون كواشف للتصوير بالميونات لقياس مواضع وصول الجسيمات وكيف غيّر الجسم توزيعها. وقارنوا البيانات بمحاكاة لنقل الجسيمات بدلا من افتراض أن كل إشارة مسجلة تعود إلى ميون. ودعم هذا التوافق تفسيرهم بأن المكون الذي صنع الصورة كان مكونا في معظمه من ميونات مولدة بالليزر بطاقة عدة غيغا إلكترون فولت.

كانت دراسة محاكاة منشورة عام 2023 ضمن المسار البحثي نفسه في منشأة ELI-NP قد توقعت أن تكشف هذه المصادر مواد كثيفة خلال دقائق. وتتجاوز التجربة الجديدة ذلك التنبؤ العددي، لكنها لا تثبت بعد السرعة أو الدقة أو الموثوقية أو التكلفة المطلوبة لجهاز يعمل خارج المختبر.