繆子正走向主流。這種粒子是電子的重型版本，每平方釐米的地球上都會降下繆子，在粒子物理學之外鮮為人知——去年，它幫助考古學家取得了驚人的發現，即埃及大金字塔中一個先前未知的密室。
火山學家和核工程師也在為這項被稱為繆子成像的技術尋找新的用途，該技術利用繆子探測緻密結構的內部。第一批公司正尋求從中獲利。
英國格拉斯哥大學的物理學家大衛·馬洪說：“去年在金字塔中的發現確實使繆子成像技術名聲大噪。”他與他人共同組織了一次名為“宇宙射線繆子成像”的國際會議，該會議由英國皇家學會贊助，於5月14日至15日在英國紐波特帕格內爾舉行。
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繆子無處不在
繆子與電子具有相同的負電荷，但質量是電子的200倍。它們是在被稱為宇宙射線的高能粒子撞擊地球大氣層中的原子時產生的。繆子以接近光速的速度傳播，從各個角度向地球傾瀉而下。地球上每個手掌大小的區域每秒大約受到一個繆子的撞擊，這些粒子可以穿過數百米的固體物質才被吸收。
法國克萊蒙費朗物理實驗室的物理學家克里斯蒂娜·卡爾洛加努說，繆子的普遍存在和穿透力使其成為對大型緻密物體進行成像的理想選擇，而不會損壞它們。材料越緻密，它們從粒子中吸收的能量就越多，因此物理學家可以跟蹤不同能量的繆子到達放置在目標周圍的探測器的頻率，並將其與沒有障礙物時的預期速率進行比較，從而建立內部密度的3D剖面圖（參見“繆子成像”）。
自1950年代以來，物理學家一直在試驗這項技術，包括在吉薩第二大金字塔中尋找隱藏密室的失敗嘗試。義大利佛羅倫薩大學的粒子物理學家、繆子成像會議的共同組織者拉斐爾·達歷山德羅說，房間大小的探測器既昂貴又不實用。它們可能重達10噸以上，並且依賴於繆子電離有時會爆炸性氣體的能力。
改變策略
在歐洲核子研究中心（CERN，位於瑞士日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室）等設施中開發的更精確地跟蹤帶電粒子路徑的方法，使得繆子探測器更安全、更小且更靈敏。它們現在可以小至幾平方米，並且可以依靠太陽能電池板執行，從而可以將它們帶到偏遠的野外地點。
由於日本研究人員的開創性工作，火山已成為該技術的熱門目標。卡爾洛加努說，繪製熔岩通道（與緻密的周圍岩石相比，熔岩通道從繆子中吸收的能量較少）的地圖，有朝一日可能有助於預測火山爆發。今年，研究人員將嘗試對義大利維蘇威火山內部凝固的熔岩栓進行成像。達歷山德羅說，當與更傳統的地球物理方法結合使用時，這些影像可以幫助火山學家推斷出哪些部分會在火山爆發期間首先爆發。他是維蘇威火山繆子射線照相專案（Muraves）的成員。
義大利那不勒斯腓特烈二世大學的物理學家朱利奧·薩拉奇諾說，較小的裝置也開始在考古學中使用。他和他的團隊繪製了埃基亞山下的洞穴和隧道的地圖，埃基亞山是那不勒斯的一個聚居地，自公元前八世紀以來就有人居住。他們還計劃尋找傳說中位於附近古代城市庫邁下方的渡槽。達歷山德羅是一個團隊的成員，該團隊正在使用繆子探測佛羅倫薩十五世紀大教堂圓頂的牆壁內部，這些牆壁已經出現裂縫。
繆子成像賺錢
繆子成像技術湧現出大量商業應用——會議上展示了五個——用於探測較小的樣本，例如桶裝核廢料。這些應用通常使用略有不同的技術，該技術跟蹤繆子撞擊材料中的原子核時方向的變化。
透過在樣品的兩側放置探測器，物理學家可以重建粒子的軌跡。並且由於偏轉角與繆子撞擊物質的密度相關，因此研究這些路徑可以幫助建立被探測材料的密度圖。透過這樣做，工程師可以發現核廢料容器內散落的鈾碎片，即使它被封裝在混凝土或鋼鐵中。
馬洪說：“要獲得關於中心深處的資訊，繆子幾乎是唯一可以做到這一點的東西。”馬洪是一家名為Lynkeos Technology的格拉斯哥公司的董事，該公司將於下個月在英國塞拉菲爾德國家核實驗室開始對核廢料樣本進行成像。這將是該公司的第一份商業合同。
在美國，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的試驗發現，類似的技術可以發現乏燃料桶中燃料棒被移除的位置。洛斯阿拉莫斯物理學家克里斯托弗·莫里斯在會議上表示，僅四根被盜的燃料棒就足以提供製造原始核武器所需的鈽。
以色列Lingacom公司位於特拉維夫，也在研究將該技術用於安全檢查，例如在邊境口岸，檢查集裝箱中是否藏有走私核材料。其他公司計劃使用繆子成像技術來跟蹤石油工業管道的磨損情況，並在舊礦山中尋找礦物質。
但是在許多學術領域，這項技術仍然受到聳聳肩和疑惑的目光。儘管有諸如大金字塔的隱藏密室之類的發現，但這項技術仍然相對未經證實。薩拉奇諾說：“這是一種新的、非常專業的技術，它來自高能物理學界。“當我第一次告訴地質學家我們擁有繆子技術時，他們會說，‘什麼是繆子？’他們很著迷，但也有些警惕。”
本文經許可轉載，並於首次發表於2018年5月24日。