ساعدنا ليزر قوي على رؤية ما كان خلف جدار خرساني يبلغ ارتفاعه مترين

قام الفيزيائيون بإضاءة جدار خرساني يبلغ طوله مترين بالليزر وحصلوا على صورة لقضبان الرصاص الموجودة خلفه. في مرحلة ما قبل الطباعة على arXiv لقد أظهروا أن هذه ليست الأشعة السينية المعتادة، ولكنها جسيمات “كونية” “مروضة”.

تمهد تجربة مثيرة في منشأة الفيزياء النووية للبنية التحتية للضوء الشديد (ELI-NP) في رومانيا الطريق لطريقة ثورية جديدة للرصد والتصوير غير المدمر الذي يمكن استخدامه في أي مكان تذهب إليه الأشعة السينية، بدءًا من استكشاف الهياكل الأثرية تحت الأرض إلى مكافحة تهريب المواد النووية.

تعتمد درجة اختراق الفوتونات على طاقتها، وبالتالي على طول الموجة. وإذا تمكن موظفو الجمارك من النظر إلى الحقيبة غير الشفافة للضوء باستخدام الأشعة السينية، فمن غير المجدي بالفعل رؤية محتويات صندوق الرصاص. يقول الفيزيائي جيانلوكا ساري من جامعة كوينز في بلفاست: “أنت بحاجة إلى طريقة للنظر إلى هذه الصناديق من بعيد دون فتحها، والميونات مثالية لهذا الغرض”.

الميونات هي جسيمات أولية تشبه الإلكترونات، ولكنها أثقل بحوالي 200 مرة. تسمح لهم الطاقات والكتل العالية باختراق الأجسام السميكة والكثيفة. من خلال المرور عبر المادة، يتم امتصاصها وانحرافها – ومن هذا يمكننا الحكم على كثافة المادة وبنيتها.

يستخدم العلم بالفعل الميونات الطبيعية، التي تمطر باستمرار على الأرض. هم تتشكل من اصطدام الأشعة الكونية بذرات الهواء الموجودة في الغلاف الجوي. في عام 2017، وضع العلماء أجهزة كشف للميونات أهرامات خوفو واكتشفت كاميرا غير معروفة من قبل. لكن الأمر استغرق أشهرًا لجمع ما يكفي من الميونات لتكوين صورة واضحة.

حداثة التجربة هي إنتاج الميونات حسب الطلب. لقد تم بالفعل إجراء مثل هذه المحاولات – ولكنها إما أنتجت جسيمات منخفضة الطاقة لم تكن ذات فائدة كبيرة للتصور، أو “خل” من الميونات مع البيونات والنيوترونات.

يمتلك علماء ELI-NP تحت تصرفهم واحدًا من أقوى أجهزة الليزر في العالم – عندما يتم نبضه، فإنه ينتج وميضًا أكبر بأكثر من 2000 مرة من الطاقة الإجمالية لجميع شبكات الطاقة على الكوكب. تم توجيه هذا الشعاع المذهل نحو الغاز، مما أدى إلى طرد الإلكترونات وتسريعها إلى طاقات عالية. اصطدمت الإلكترونات بالهدف الرئيسي، مما أدى إلى انبعاث فوتونات، والتي عند اصطدامها مع نوى الرصاص الأخرى، أنتجت الميونات.

ولمنع اختلاط الجزيئات الأخرى بها، قاموا بتركيب مرشح مصنوع من مواد مختارة باستخدام أساليب النمذجة الحاسوبية – البلاستيك والبارافين. مر شعاع الميون عبر مرشح، وهو جدار خرساني يبلغ طوله مترين، والتقطته أجهزة وامضة داخل شاحنة كانت متوقفة خلفه.

ومن خلال مقارنة القياسات مع عمليات المحاكاة الحاسوبية، وجد الباحثون أن حوالي 90% من الجسيمات كانت عبارة عن ميونات. تم استخدام هذا الشعاع لالتقاط ظل كومة من الطوب الرصاصي الموضوعة أمام الشاحنة.

“هذا هو التصور الأول، لذا فإن الدقة بالطبع ليست عالية جدًا. لكننا سنتحسن”، كما وعد الفيزيائي دومينيكو دوريا، الذي قاد المشروع في ELI-NP.

التجارب الناجحة تجعل التكنولوجيا أقرب إلى التطبيق العملي.

ويؤكد الفيزيائي بريندان ريغان من جامعة ولاية كولورادو أن “الفيزياء قد تم إثباتها بالفعل، والتكنولوجيا موجودة”.

وسيهدف المزيد من الأبحاث إلى تحسين حساسية أجهزة الكشف وتصغير أجهزة الليزر عالية الطاقة لجعل هذه الأجهزة مناسبة للاستخدام العملي في المستقبل. وقد بدأ التعاون مع شركة ألمانية تقوم بتسويق مصادر الميونات الاصطناعية لتطبيقات مثل تقييم محرك الصاروخ والتصوير الطبي.

اشترك واقرأ “العلم” في

الأعلى