Мюоны образуются естественным образом в результате столкновения космических лучей с молекулами в верхних слоях атмосферы Земли. Эти элементарные частицы во многом похожи на электроны, но примерно в 200 раз тяжелее. Они теряют гораздо меньше энергии при движении через материю и способны проходить многие метры породы или металла, пишет Phys. Измеряя, сколько мюонов выходит с другой стороны объекта и как отклонились их траектории, исследователи могут восстановить его внутреннюю структуру. Эта техника мюографии уже показала впечатляющие результаты: с ее помощью в 2023 году была обнаружена скрытая камера внутри пирамиды Хеопса.

Правда, процесс этот очень медленный, и каждое сканирование может занимать месяцы. Искусственные мюонные пучки могли бы существенно ускорить процесс. Однако, до сих пор было трудно получать мюоны с достаточной для визуализации энергией и одновременно отделять их от других частиц, которые создаются вместе с ними.

Команда ученых из Национального института физики и ядерной инженерии использовала установка Extreme Light Infrastructure — Nuclear Physics (ELI-NP), чтобы направить сверхмощный лазер в облако газа, разгоняя электроны до чрезвычайно высоких энергий. Когда эти электроны попадали в твердую мишень, они порождали вспышки света, которые затем создавали пары мюонов. Чтобы заблокировать другие нежелательные частицы, исследователи пропустили пучок через фильтр из пластика и парафина, а затем через бетонную стену толщиной 2 метра.

Портативные детекторы, размещенные в фургоне на расстоянии до 42 метров от источника, записали тень, отбрасываемую штабелем свинцового кирпича. Форма тени близко совпала с размером и положением кирпичей.

Сравнив свои измерения с результатами компьютерного моделирования, исследователи подтвердили, что около 90% зарегистрированных частиц были мюонами, энергия которых соответствовала их источнику. Другими словами, это первое изображение, в котором доминируют искусственные мюоны, созданные лазером.

Пока разрешение изображения остается низким, и до того, как метод сможет сканировать более сложные объекты, потребуются дальнейшие улучшения как детекторов, так и лазеров. Но эти трудности преодолимы, и исследователи уверены, что искусственные мюонные пучки со временем найдут применение в реальных условиях. С их помощью инженеры могли бы проверять стареющую инфраструктуру, а таможенники — искать запрещенные предметы и материалы.

Международная команда физиков опубликовала самый точный расчет аномального магнитного момента мюона, который устранил многолетнее расхождение между теорией и экспериментом. Оказалось, что несоответствие было вызвано ошибкой в предыдущих расчетах, а не указывало на существование неизвестных сил за пределами Стандартной модели.