μ子令人費(fèi)解，因?yàn)棣套拥囊恍┨匦耘c粒子物理學(xué)主要理論（即所謂標(biāo)準(zhǔn)模型）的預(yù)言有細(xì)微但明顯的偏差。然而，科學(xué)家們已經(jīng)找到了一種類似于傳統(tǒng)射線照相法的、利用這種神秘粒子的方法，來(lái)深入內(nèi)部觀察不可能物理接觸的大型物體，如古代建筑、火山甚至核反應(yīng)堆。

“盡管我們看不到μ子，但其在地球上無(wú)處不在：μ子以近乎光速?gòu)母鱾€(gè)角度不斷穿過(guò)我們和我們周圍的物體，”國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的核物理學(xué)家Ian Swainson說(shuō)。“μ子對(duì)人完全無(wú)害，但可以穿透數(shù)百米的巖石，為了解我們看不見(jiàn)的材料的組成和尺寸提供了一種通用手段?！?/p>

“μ子成像的原理在某種意義上與X射線或伽馬射線照相法類似，而X射線或伽馬射線照相法可在醫(yī)學(xué)上用于掃描身體，在工業(yè)上用于評(píng)估結(jié)構(gòu)和部件的完整性和安全性,”粒子物理學(xué)家及新出版物《μ子成像》的作者之一Andrea Giammanco補(bǔ)充說(shuō)?！暗牵琗射線和伽馬射線照相法依賴于由粒子加速器或放射源產(chǎn)生的強(qiáng)人工輻射源，而μ子射線照相法則基于來(lái)自外層空間的自然宇宙射線?！?/p>

μ子成像一般有兩種：μ子射線照相術(shù)和μ子散射斷層照相術(shù)。

μ子射線照相術(shù)指將一個(gè)探測(cè)器放在一個(gè)結(jié)構(gòu)的下方或側(cè)面，以捕捉穿過(guò)該結(jié)構(gòu)的μ子。材料密度越大，被吸收的μ子就越多。一些成功穿過(guò)該結(jié)構(gòu)的粒子將被對(duì)面的探測(cè)器捕獲。在所得圖像中，μ子容易通過(guò)的空隙將標(biāo)記為亮部，而密度較高的材料則標(biāo)記為暗部。

μ子射線照相術(shù)依賴于材料對(duì)μ子的吸收，而μ子散射斷層照相術(shù)則基于μ子是如何散射的。例如，在一輛汽車或一個(gè)運(yùn)輸集裝箱的兩個(gè)對(duì)立面安置兩個(gè)探測(cè)器，專家可以跟蹤粒子是如何從質(zhì)子數(shù)量較多的高密度材料中偏轉(zhuǎn)的，從而無(wú)需物理檢查便可查看車輛或集裝箱內(nèi)部。

自20世紀(jì)50年代進(jìn)行的首次實(shí)驗(yàn)以來(lái)，μ子成像已在世界各地用于掃描大量各種物體。目前，μ子射線照相術(shù)正用于評(píng)估意大利那不勒斯附近維蘇威火山的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該火山在公元79年不幸摧毀了古羅馬城市龐貝和其他一些定居點(diǎn)。研究人員正在努力用μ子探測(cè)器將維蘇威火山的內(nèi)部過(guò)程可視化，從而改善對(duì)預(yù)測(cè)任何潛在的火山爆發(fā)及其過(guò)程至關(guān)重要的建模工作，并制定方案來(lái)減少火山爆發(fā)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦娘L(fēng)險(xiǎn)。自1944年最后一次噴發(fā)以來(lái)，維蘇威火山一直沒(méi)再出現(xiàn)噴發(fā)活動(dòng)。

同樣，μ子成像還被用于掃描位于墨西哥城附近的太陽(yáng)金字塔（即世界上第三大金字塔）、經(jīng)過(guò)日本上空的旋風(fēng)、阿爾卑斯山的冰川，以及最近掃描了法國(guó)正在退役的核反應(yīng)堆。

原子能機(jī)構(gòu)計(jì)劃在明年舉辦題為“μ子斷層照相術(shù)： 從基本原理到實(shí)際使用與應(yīng)用”的講習(xí)班。與會(huì)者將討論該技術(shù)的各種實(shí)際應(yīng)用模式、所用探測(cè)器的特性、μ子軌道的算法重建以及數(shù)據(jù)分析和圖片重建。

原子能機(jī)構(gòu)的新出版物《μ子成像》詳細(xì)描述了μ子成像的主要技術(shù)和不同類型的相關(guān)探測(cè)器。該出版物還涵蓋了從檢查現(xiàn)代和古代建筑、火山和工業(yè)結(jié)構(gòu)到加強(qiáng)核安保和保障的廣泛應(yīng)用。“這本出版物對(duì)μ子成像領(lǐng)域作了全面概述，對(duì)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的讀者來(lái)說(shuō)非常有用，有助于他們更深入地了解這個(gè)發(fā)展中的領(lǐng)域，”Swainson說(shuō)。點(diǎn)擊此處獲取出版物《μ子成像》。