比X射线穿透性更高的μ介子成像 有望用高功率激光器来推进

μ介子是一种天然存在的亚原子粒子，可以穿透比x射线深得多的致密物质。因此，μ介子成像可以使科学家能够捕捉到核反应堆、火山、海啸和飓风的图像。然而，这一过程是缓慢的，由于自然产生的μ介子的低通量，图像需要数月的曝光时间。 　　

据了解，美国劳伦斯·利弗莫尔实验室(LLNL)点火设施(NIF)的科学家提出一项计划，该计划名为“科学与安全密集紧凑μ介子源”(ICMuS2)，旨在快速产生μ介子，以高功率激光来加快捕捉μ介子图像所需的时间，从而减少所需要的曝光时间。 　

μ子产生的关键步骤：超强短激光脉冲加速电子在等离子体中传播时留下的尾流。

“这个项目对粒子物理探测来说是一个巨大的挑战。”。科罗拉多州立大学物理系高能物理小组的John Harton说。John Harton将领导科罗拉多州立大学团队，负责为合作项目开发μ介子探测器，他说：“μ介子粒子的数量远远超过其他粒子，我们正在使用各种工具来筛选它们。”。 　　

ICMuS2计划将开发一种便携式、基于激光的μ介子发射器的技术设计，其通量比自然产生的μ介子大几个数量级，可用于广泛的成像应用。其中包括特殊核材料探测、采矿和地球物理学。NIF和光子科学高级光子技术项目的Brendan Reagan表示，除了激光器开发，该项目还将结合高能粒子物理学、等离子体物理学、高性能计算系统的高级数值模拟以及系统工程和集成。 　　

这项工作与捷克ELI光束线设施的极端光基础设施 ERIC (ELI)、科罗拉多州立大学、马里兰大学 (UMD)、洛克希德·马丁公司、XUV Lasers 和劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 合作开展。LLNL还参与了由LBNL牵头的MuS2项目下的另一项活动。 　　

初步实验将使用UMD开发的等离子体波导在科罗拉多州立大学的极端光子学高重复额定拍瓦激光设施的先进激光器中进行。高能加速和μ介子产生实验将在ELI Beamlines使用其L4-Aton 10-PW激光系统进行。 　　

这项为期四年的计划的第一阶段将侧重于原理验证实验，并对激光产生的μ介子进行明确的演示。第二阶段将试图展示高能μ介子的生产以及可运输μ介子源的设计。 　　

此外，该计划的各个方面建立在LLNL实验室指导的研发计划开发的大孔径Thulium激光技术以及美国能源部科学办公室高能物理和加速器研发与生产办公室对激光驱动加速器的投资的基础上。