Физики разработали компактный ускоритель для генерации мюонов
Физики из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли создали компактный лазерно‑плазменный ускоритель, способный производить мощные пучки мюонов — элементарных частиц, чья проникающая способность значительно превосходит рентгеновское излучение.
Работа ускорителя основана на взаимодействии сверхкоротких и интенсивных лазерных импульсов с веществом. Мощный лазерный луч разгоняет электроны до скоростей, близких к скорости света, после чего они сталкиваются с плотной мишенью, например со свинцом. В результате таких столкновений образуются пары мюон-антимюон, которые движутся в направлении исходного пучка электронов. Каждый из полученных мюонов обладает энергией в несколько гигаэлектронвольт — это значительно выше, чем у частиц, которые производятся на традиционных установках.
Результаты эксперимента показали, что производительность нового источника в сотни раз превосходит естественный поток космических мюонов, пронизывающих атмосферу Земли. Там, где раньше требовались громоздкие ускорительные комплексы вроде кольцевых синхротронов, физики теперь могут использовать устройство, которое легко помещается на лабораторном столе.
Главное достоинство мюонов заключается в их способности проникать сквозь плотные материалы — бетон, сталь или свинец — практически без потери энергии. Благодаря этому мюонная радиография позволяет изучать объекты, недоступные для обычных методов. Подобные технологии уже помогли археологам обнаружить скрытые камеры в пирамиде Хеопса, а геофизикам — раскрыть внутреннюю структуру вулканов. Новый ускоритель делает такие методики значительно более доступными, что позволит вести оперативный мониторинг состояния массивных зданий, тоннелей или хранилищ радиоактивных отходов.
Авторы работы подчеркивают, что нынешний образец прибора является демонстрационным, но технологический потенциал уже очевиден. В будущем ученые рассчитывают усовершенствовать детектор и методы визуализации, основанные на рассеивании мюонов, чтобы получать более точные изображения внутреннего строения объектов. Так что новый компактный лазерно‑плазменный ускоритель имеет все перспективы стать основой нового поколения инструментов для неинвазивного изучения объектов и фундаментальных физических исследований.
