요약:
연구원들은 루마니아의 극광 인프라 핵 물리학 센터에서 10페타와트 레이저를 사용하여 고에너지 뮤온 빔을 생성하고 2미터 두께의 콘크리트 벽을 통해 벽 뒤에 있는 물체의 '이미지'를 찍었습니다. 이는 레이저 자체가 콘크리트를 관통하는 것이 아니라, 레이저가 벽을 통과하는 전자를 가속시켜 발생하는 뮤온이 반대편의 감지기에 의해 신호가 기록되는 것입니다. 연구팀은 레이저를 사용해 인위적으로 중간자를 생성하고 중간자 이미징을 완성한 것은 이번이 처음이라고 밝혔다.
중자는 전자보다 훨씬 무거운 기본 입자입니다. 우주선의 고속 양성자가 지구 대기의 원자와 충돌하면 파이온이 생성되고, 이는 파이온으로 붕괴됩니다. 중간자는 수명이 매우 짧지만 질량이 큽니다. 우주에서 온 일부 중간자는 여전히 표면에 도달하여 암석과 같은 밀도가 높은 물질을 관통할 수 있습니다. 그들의 능력은 심지어 가장 강한 엑스레이를 능가합니다. 고고학자들과 엔지니어들은 자연적으로 발생하는 우주 중간자를 사용하여 피라미드의 내부 공동 및 지하 광물 매장지와 같은 구조를 탐지해 왔습니다.
그러나 자연 우주의 중간자 흐름은 초당 제곱센티미터당 1개 정도로 낮고, 입사각도 제한되어 있어 필요에 따라 빠르게 영상을 촬영하거나 측면에서 관찰하기가 어렵습니다. 연구팀은 인위적으로 뮤온을 생성하기 위해 강력한 레이저를 이용해 전자기파를 따라 전자를 가속시킨 뒤 전자가 납 표적에 부딪히게 했다. 이전에 중국, 미국, 영국의 연구자들은 이 방법이 실현 가능하다는 것을 입증했습니다. 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)와 콜로라도 주립대(Colorado State University) 연구진이 참여한 또 다른 국제팀도 비슷한 방식으로 입자빔을 생성해 트럭에서 납을 촬영했지만 실제 중간자 비율이 불분명해 최초의 인공 중간자 이미징으로 간주할 수 있을지 논란이 일었다.
이 실험에서는 10페타와트 레이저가 일시적으로 극도로 높은 전력을 방출했고, 연구원들은 가속된 전자가 납 장벽에 부딪히도록 허용했습니다. 연구팀은 뮤온 이외의 입자를 최대한 걸러내기 위해 폴리에틸렌 시트를 파라핀 블록으로 감싼 필터를 설계해 상대적으로 순수한 뮤온 빔이 2m 두께의 콘크리트 벽을 통과해 벽 반대편에 주차된 차량의 검출기 어레이에 도달할 수 있도록 했다. 탐지기는 결국 벽 뒤에 있는 납 블록 더미의 그림자 이미지를 기록했습니다.
현재 촬영 결과는 대략적이고 세부 사항이 제한적이며 관련 연구는 여전히 사전 인쇄 형태로 공개됩니다. 연구원들은 기술이 계속 발전한다면 미래에는 더 작고 휴대성이 뛰어난 이미징 시스템이 만들어질 수 있으며 로켓의 철제 케이스, 산의 내부 구조 또는 고대 건물의 석조 기초를 검사하는 데 사용할 수 있으며 보안 검사 및 광산과 같은 영역으로도 확장될 수 있다고 믿습니다.
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