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I laser generano particelle per vedere oltre i muri, ma ci sono dei limiti
Un gruppo di ricercatori guidato da Kaixin Zhu ha ottenuto una radiografia con particelle prodotte da un acceleratore azionato da laser: in un singolo impulso ha ripreso oggetti posti a circa 15 metri dalla sorgente, oltre schermature e pareti. Il risultato mostra che il fascio generato in laboratorio può attraversare ostacoli molto densi e lasciare un segnale utile per ricostruire ciò che si trova dietro.
Il metodo parte da un laser intenso che accelera elettroni sfruttando l’onda creata nel plasma. Gli elettroni così ottenuti generano particelle secondarie, tra cui muoni, pioni e neutroni. Il fascio studiato copriva energie nell’intervallo di 1-10 GeV: una scala che permette ad alcune sue componenti di attraversare materiali capaci di fermare molte altre particelle.
Nel test, il fascio ha superato una densa schermatura di piombo, le pareti di un edificio e quelle di un camion prima di raggiungere gli oggetti esaminati. La distanza di circa 15 metri tra sorgente e bersaglio ha consentito ai ricercatori di misurare il segnale dopo il passaggio attraverso più strati di materiali diversi.
Per verificare la composizione del fascio, il gruppo ha usato grandi rivelatori a scintillazione. Gli strumenti hanno registrato eventi ritardati compatibili con il decadimento dei muoni, confermando sperimentalmente la presenza di queste particelle nella miscela prodotta dall’acceleratore. Il tempo che separa il passaggio del fascio da quei segnali fornisce un indizio sulla loro identità.
Le simulazioni del trasporto indicano che la componente ad alta energia capace di oltrepassare gli oggetti era composta quasi interamente da muoni. Secondo gli autori, un solo impulso ha fornito un flusso equivalente a quello raccolto in oltre otto ore dai muoni dei raggi cosmici provenienti da direzioni vicine all’orizzonte. Il confronto riguarda la quantità di particelle disponibile nell’assetto sperimentale.
La muografia usa già i muoni prodotti naturalmente dai raggi cosmici per studiare strutture grandi e opache, tra cui i vulcani. La raccolta di un numero sufficiente di particelle richiede però tempo. Una sorgente artificiale intensa potrebbe rendere le misure più rapide e dirigere il fascio verso un bersaglio scelto. Il Lawrence Livermore National Laboratory lavora allo sviluppo di sorgenti laser per applicazioni nella geofisica e nell’ispezione di materiali.
Il lavoro di Zhu e colleghi è disponibile come preprint su arXiv, senza revisione paritaria, e la dimostrazione riguarda una configurazione di laboratorio anziché un sistema pronto per l’impiego sul campo.
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