吉林
如果当年的漫画作者知道今天的物理学，超人的透视眼也许就不会发射X射线，而是发射μ子。
近日，一支物理学团队在罗马尼亚的极端光基础设施核物理装置上，启动了号称世界最强的激光器，产生出一束高能μ子。随后，他们用这束粒子隔着两米厚的混凝土墙，拍下了墙后物体的影像。
极端光基础设施是欧盟支持建设的大型科研设施，其核物理分部位于罗马尼亚首都布加勒斯特附近的马古雷莱。
这些“照片”颗粒粗糙、细节寥寥，相关论文目前发布在预印本网站arXiv上，尚未经过同行评审。但研究团队认为，这标志着成像技术的一个里程碑，未来有望应用于安检、采矿等诸多领域。
一、μ子：电子的“重量级表亲”
μ子可以看作电子的“加强版”，它和电子带有相同的电荷，质量却大约是电子的200倍。
在自然界中，μ子通常诞生于高空。来自宇宙的高速质子撞击大气层中的原子核，产生一种叫π介子的粒子，π介子随即衰变成μ子。
μ子的寿命极短，只有大约百万分之二秒，随后就会衰变为电子和中微子。
但由于速度接近光速，相对论效应让这些从天而降的μ子得以“多活一会儿”，足以抵达地面。凭借较大的质量，它们能轻松穿透地表，深入致密岩层，穿透力远超最强的X射线。
几十年来，考古学家和工程师一直在利用这场来自宇宙的“μ子雨”。科学家曾借助宇宙射线μ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，这类技术也被用于勘探地下矿藏。
二、宇宙μ子太慢，那就自己造
不过，宇宙μ子有个明显短板：它们到达地面的速率很低，每平方厘米每秒大约只有一个，而且几乎都从上方以有限的角度落下。
这意味着，如果想快速成像，或者想从侧面“透视”某个物体，宇宙μ子就无能为力了。
于是，科学家想到了人工制造μ子的办法。思路是用超强激光在等离子体中激发电磁波，让电子像冲浪一样被急速加速，再让这些高能电子撞向靶材，从而产生μ子。
去年，中国、美国和英国的物理学家都曾用这种“电子冲浪”的方法产生出μ子，证明了技术上的可行性。
另一个由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和科罗拉多州立大学牵头的国际团队，也用同样的方法产生粒子闪光，对卡车内的铅块进行了成像。但其中有多少粒子真的是μ子并不清楚，“首张照片”的归属因此存在争议。
三、比全球电网功率还强千倍的一闪
罗马尼亚这台10拍瓦激光器绝非寻常手电筒。
在极其短暂的一瞬间，它的光束功率相当于全球所有电网总功率的数千倍。不过，拍瓦级功率只能维持飞秒量级的极短时间，总能量其实并不惊人。
这道闪光推动电子在波上高速前进，直到撞上一道铅屏障。
为了尽可能滤除μ子以外的其他粒子，研究人员专门设计了一种新型过滤器，由聚乙烯薄板包裹石蜡块构成。
这一步至关重要。激光撞击靶材时会同时产生大量电子、伽马射线和中子，如果不加区分，就无法确定成像究竟来自哪种粒子。
经过过滤后，相对纯净的μ子束穿过两米厚的混凝土墙，进入停在墙另一侧面包车里的一组探测器。
在成功捕捉到一堆铅块的“影子”之后，团队宣布获得了首张真正意义上由激光人工产生的μ子成像。
这也正是它与此前美国团队实验的关键区别，研究人员着力证明穿墙成像的确实是μ子。
对比图像可以清楚看出，放置铅块和不放铅块时，探测器记录的信号存在明显差异。
四、从实验室走向现实还有多远
坦率地说，这些图像离一张清晰的照片还差得很远。
而且，产生μ子所依赖的是体积庞大、造价高昂的拍瓦级激光装置，这显然不是可以随手搬运的设备。
但研究人员相信，经过进一步发展，相关原理有朝一日或许能被用来打造更小巧、可移动的系统。
届时，它可以透视火箭或集装箱的钢铁外壳，探查山体内部，或者检查古代建筑的石质地基，让超级英雄般的透视能力走进现实。
在安检领域，这意味着无需开箱就能识别集装箱中藏匿的高密度违禁物品。在采矿和基础设施检测领域，它则可能帮助工程师在不破坏结构的前提下，看清隧道、桥梁和大坝内部的隐患。
此外，由于μ子在铀、钚等重元素中的散射格外明显，这项技术在核材料监管方面也被寄予厚望。与依赖天然宇宙射线、往往需要长时间积累数据的传统μ子成像相比，人工μ子源有望把成像时间大幅缩短。
从宇宙赐予的被动观测，到人类主动制造的可控光束，μ子成像正在迈出关键一步，而这一步能走多远，取决于激光技术小型化的速度。
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