现实版“透视眼”来了！激光造出缪子束隔着墙壁和卡车给物体拍片

隔着厚墙看清里面的东西，这是科幻电影里的经典桥段，也是无数安检人员、考古学家和工程师梦寐以求的能力。

如今，物理学家正在用一种特殊的基本粒子把它变成现实。美国《科学》杂志网站近日报道，研究人员已经能够用激光“制造”出高能缪子束，并用它穿透墙壁给物体成像。

来自天外的“透视光”

缪子是电子的“胖表亲”，质量约为电子的200倍，带同样的电荷，但穿透力惊人。

X射线遇到厚重的物体很快就会被吸收，缪子却能一点点损失能量，穿过几十米乃至数百米的岩石、混凝土，甚至铅和钢这样的致密材料。

大自然本来就在免费提供缪子。宇宙射线撞击大气层时会产生大量缪子，它们时时刻刻从天而降，穿过地面上的一切，包括你我的身体。

科学家早已学会利用这些天然缪子来“拍片”，这种技术被称为缪子成像。

2017年，研究人员正是借助宇宙射线缪子，在埃及胡夫金字塔内部发现了一个此前未知的巨大空腔。火山内部结构、核反应堆和核废料，也都曾用这种方法探查过。

但天然缪子有一个致命弱点：太稀少了。

平均每分钟只有大约一个缪子落在每平方厘米的地面上，拍一张清晰的图像往往需要几天、几周甚至几个月。在繁忙的港口，没人能把一个集装箱扣上好几个小时，只为等它慢慢“显影”。

如果能按需制造出又多又集中的人造缪子束，这项技术就能从科研走向实用。

一台桌子大小的加速器

传统上，想要获得高能缪子，需要动辄数公里长的大型粒子加速器。

激光尾波加速技术改变了这一局面。科学家把一束超强超短的激光打进等离子体，激光在身后掀起一道电荷“尾波”，电子就像冲浪者一样被推到接近光速。

这些高能电子再撞上铅之类的致密靶材，就会产生缪子。

原本需要几公里跑道才能完成的加速过程，被压缩到了几十厘米之内，这正是激光加速器被寄予厚望的原因。

近两年，这一领域进展飞快。2025年，中国科学院上海光学精密机械研究所的团队在《自然·物理》上报告，利用超短超强激光实现了缪子产生的原理性验证。

同年10月，美国劳伦斯伯克利国家实验室的团队在《物理评论加速器与束流》上报告，在一台长度仅约30厘米的激光等离子体加速器上，产生并探测到了方向性很强的缪子束。

而今年的新进展，则把“产生缪子”推进到了“用缪子成像”。

这一步看似只差一点，实际上意义重大。产生缪子只是证明“能造”，只有真正拍出物体的影像，才说明这束粒子“够亮、够准、够好用”。

今年7月，由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室、捷克的欧洲极端光基础设施光束线设施、美国马里兰大学和科罗拉多州立大学等机构组成的团队，在预印本平台arXiv上发布论文，报告了首次单发激光驱动的粒子射线成像。

他们用一束能量在10亿到100亿电子伏特的缪子、π介子和中子混合粒子束，隔着厚重的铅屏蔽、一栋建筑的墙壁和一辆卡车，给大约15米外的测试物体拍了片。

据报告，单次激光发射所提供的粒子通量，相当于接近地平线方向的宇宙射线缪子累积八个多小时。

9月23日，另一支国际团队又在arXiv上发布了新成果。他们在长达42米的实验装置中测量了缪子束的轮廓并完成成像，数据与模拟吻合，表明成像确实由能量达数十亿电子伏特的人造缪子主导。

作者认为，这是首次由人造激光驱动缪子束主导的成像演示。需要说明的是，这两项成果目前均为预印本，尚未经过同行评审。

从实验室走向港口和废墟

这项技术的应用前景相当诱人。与天然缪子相比，人造缪子束最大的优势在于可控：想让它朝哪个方向打，就朝哪个方向打，想什么时候拍，就什么时候拍。

在安检领域，它有望快速扫描集装箱和车辆，识别藏在厚重屏蔽后面的核材料或危险物品。在地质勘探领域，它可以帮助探查矿藏和地下结构。

它还可能用于检查桥梁、大坝等基础设施的内部损伤，或是在不破坏文物的前提下，探查古建筑和遗址的秘密。

正因如此，美国国防高级研究计划局专门设立了“缪子用于科学与安全”项目，资助多个团队开发紧凑、可移动的激光缪子源。

当然，从实验室走向实用还有不短的路要走。

目前能够驱动这类实验的，大多是拍瓦级的大型激光装置，体积庞大、造价高昂。要真正做到“开着卡车去现场拍片”，激光器本身还需要进一步小型化，重复频率也要大幅提高。

另一个难题是噪声。高能电子撞击靶材时会产生大量次级辐射，如何在一片嘈杂中干净地挑出缪子信号，仍是探测技术的一大挑战。

值得一提的是，中国在超强超短激光领域同样具备雄厚实力，上海光机所的相关装置曾多次刷新激光峰值功率纪录。在这场“激光缪子”竞赛中，中国团队已经占据一席之地。

从金字塔里的空腔，到卡车背后的物体，缪子正在成为人类的一双新眼睛。