Wissenschaftler entwickeln einen Myonen-Laser, der durch zwei Meter Beton „sehen“ kann

Ein internationales Forscherteam hat erstmals ein Objekt mithilfe künstlicher Myonenstrahlen abgebildet, die durch einen Hochleistungslaser erzeugt wurden. Dieses bedeutende wissenschaftliche Experiment wurde an der Einrichtung Extreme Light Infrastructure — Nuclear Physics (ELI-NP) in Rumänien durchgeführt. Dies berichtet Ixbt.com. berichtet .

Laut ixbt.com sind Myonen Teilchen, die Elektronen ähneln, aber etwa 200-mal schwerer sind. Genau diese Eigenschaft ermöglicht es ihnen, problemlos mehrere Meter dicke Schichten aus dichten Materialien wie Metall und Gestein zu durchdringen. Durch die Analyse der Anzahl der durchdringenden Teilchen und der Änderung ihrer Flugbahn kann die innere Struktur von Objekten untersucht werden, ohne diese zu öffnen. Diese Methode wird als Myonographie bezeichnet.

Künstliche Myonenquelle und experimenteller Prozess

Normalerweise nutzt die Myonographie Myonen, die auf natürliche Weise durch die Kollision kosmischer Strahlung mit atmosphärischen Teilchen entstehen. Mit dieser Methode wurde beispielsweise die innere Struktur der ägyptischen Pyramiden untersucht. Natürliche Myonen sind jedoch relativ selten – pro Quadratzentimeter und Sekunde durchdringt nur etwa ein Teilchen die Oberfläche. Daher waren monatelange Beobachtungen erforderlich, um ein detailliertes Bild zu erzeugen.

Um dieses Problem zu lösen, beschlossen Wissenschaftler, eine künstliche Myonenquelle zu schaffen. Dazu wurde ein extrem starker Laser auf ein Gas gerichtet, wodurch dessen Elektronen auf sehr hohe Energien beschleunigt wurden. Anschließend kollidierten die Elektronen mit einem festen Ziel, was hochenergetische Strahlung erzeugte, die Myonenpaare hervorbrachte. Um die Myonen von anderen Teilchen zu trennen, wurde der resultierende Strahl durch einen Filter aus Kunststoff und Paraffin geleitet.

Zukunftsaussichten und praktische Bedeutung

Dem Bericht zufolge registrierten Detektoren in einer Entfernung von bis zu 42 Metern von der Quelle den Schatten eines Stapels Bleiziegel hinter einer zwei Meter dicken Betonwand. Das entstandene Bild entsprach exakt der tatsächlichen Position und den Abmessungen der Ziegel. Computermodelle zeigten, dass fast 90 Prozent der registrierten Teilchen Myonen waren.

Die Forscher betrachten dies als das erste Bild, das primär durch künstliche, laserbasierte Myonen geformt wurde. Bisher ist die Auflösung solcher Bilder noch gering, weshalb die Technologie, insbesondere Laser und Detektoren, weiter verbessert werden muss. Dennoch ermöglicht eine künstliche Quelle eine deutlich schnellere und bedarfsgerechte Myonen-Durchleuchtung, ohne von der natürlichen kosmischen Teilchenstrahlung abhängig zu sein.

In Zukunft könnte diese Methode ein wichtiges Instrument zur Inspektion von Brücken, Gebäuden und anderen großen Infrastrukturen sowie zur Suche nach nuklearen Materialien unter dicken Schutzschichten werden.