Пучки мюонов впервые сфотографировали
Мюоны — это заряженные частицы, масса которых в 207 раз больше, чем у электронов. Мюоны образуются, когда космические лучи сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы. Мюоны могут пройти через несколько метров твердого материала, прежде чем их энергия уменьшится и какой-нибудь атом их поглотит.
Ученые используют образующиеся естественным путем мюоны, чтобы выяснить, что находится за толщей твердого материала. Например, в 2017 году ученые объявили, что нашли скрытую камеру внутри пирамиды Хуфу в Гизе, сравнивая интенсивности мюонов, измеренные детекторами, расположенными внутри и снаружи пирамиды. Ускорители частиц могут также генерировать пучки мюонов, которые используются, например, в неразрушающей рентгеновской флуоресцентной спектроскопии. Предполагается также, что пучки мюонов можно применять в радиотерапии рака.
Японские исследователи разработали новую методику визуализации, которая, по их словам, подходит для оценки качества и исследования пучков мюонов. По словам авторов, их метод будет полезен для мюонной лучевой терапии. Новая техника визуализации основана на явлении, которое возникает, когда заряженные частицы движутся через прозрачные среды, такие как вода. В воде скорость света уменьшается, поэтому некоторые частицы могут двигаться быстрее фотонов. Частицы, движущиеся быстрее света в воде, вызывают нечто похожее на звуковой удар, который мы слышим, когда реактивный самолет пробивает звуковой барьер. В случае частиц это проявляется в виде кратковременной вспышки и называется эффектом Черенкова.
Физики запечатлели этот эффект с помощью специальной камеры, в которой мюонный луч проходил через резервуар с водой. Этот метод позволил ученым получить изображение мюонов и позитронов, которые образуются при распаде мюонов. Используя эффект Черенкова, авторы смогли получить изображения пучков, измерить дальность их распространения, отклонение импульса, а также уточнить направление движения позитронов, образующихся при распаде.
Работа опубликована в журнале Scientific Reports.
Пучки мюонов уже используются для анализа различных материалов и могут найти применение в радиотерапии рака. Теперь физики впервые получили их изображения и смогли вычислить важные параметры мюонных пучков