μ介子是一種天然存在的亞原子粒子，可以穿透比x射線深得多的致密物質(zhì)。因此，μ介子成像可以使科學(xué)家能夠捕捉到核反應(yīng)堆、火山、海嘯和颶風(fēng)的圖像。然而，這一過程是緩慢的，由于自然產(chǎn)生的μ介子的低通量，圖像需要數(shù)月的曝光時間。
據(jù)《激光制造網(wǎng)》了解，美國勞倫斯·利弗莫爾實驗室（LLNL）點火設(shè)施（NIF）的科學(xué)家提出一項計劃，該計劃名為“科學(xué)與安全密集緊湊μ介子源”（ICMuS2），旨在快速產(chǎn)生μ介子，以高功率激光來加快捕捉μ介子圖像所需的時間，從而減少所需要的曝光時間。
“這個項目對粒子物理探測來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。”。科羅拉多州立大學(xué)物理系高能物理小組的John Harton說。John Harton將領(lǐng)導(dǎo)科羅拉多州立大學(xué)團隊，負責(zé)為合作項目開發(fā)μ介子探測器，他說：“μ介子粒子的數(shù)量遠遠超過其他粒子，我們正在使用各種工具來篩選它們。”。
μ子產(chǎn)生的關(guān)鍵步驟：超強短激光脈沖加速電子在等離子體中傳播時留下的尾流。
ICMuS2計劃將開發(fā)一種便攜式、基于激光的μ介子發(fā)射器的技術(shù)設(shè)計，其通量比自然產(chǎn)生的μ介子大幾個數(shù)量級，可用于廣泛的成像應(yīng)用。其中包括特殊核材料探測、采礦和地球物理學(xué)。NIF和光子科學(xué)高級光子技術(shù)項目的Brendan Reagan表示，除了激光器開發(fā)，該項目還將結(jié)合高能粒子物理學(xué)、等離子體物理學(xué)、高性能計算系統(tǒng)的高級數(shù)值模擬以及系統(tǒng)工程和集成。
這項工作與捷克ELI光束線設(shè)施的極端光基礎(chǔ)設(shè)施 ERIC (ELI)、科羅拉多州立大學(xué)、馬里蘭大學(xué) (UMD)、洛克希德·馬丁公司、XUV Lasers 和勞倫斯伯克利國家實驗室 (LBNL) 合作開展。LLNL還參與了由LBNL牽頭的MuS2項目下的另一項活動。
ICMuS2 LLNL 團隊成員致力于通過這項工作開發(fā)原型激光系統(tǒng)。
初步實驗將使用UMD開發(fā)的等離子體波導(dǎo)在科羅拉多州立大學(xué)的極端光子學(xué)高重復(fù)額定拍瓦激光設(shè)施的先進激光器中進行。高能加速和μ介子產(chǎn)生實驗將在ELI Beamlines使用其L4-Aton 10-PW激光系統(tǒng)進行。
這項為期四年的計劃的第一階段將側(cè)重于原理驗證實驗，并對激光產(chǎn)生的μ介子進行明確的演示。第二階段將試圖展示高能μ介子的生產(chǎn)以及可運輸μ介子源的設(shè)計。
此外，該計劃的各個方面建立在LLNL實驗室指導(dǎo)的研發(fā)計劃開發(fā)的大孔徑Thulium激光技術(shù)以及美國能源部科學(xué)辦公室高能物理和加速器研發(fā)與生產(chǎn)辦公室對激光驅(qū)動加速器的投資的基礎(chǔ)上。
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