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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(guò)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(shí)間。

據(jù)《激光制造網(wǎng)》了解，美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室（LLNL）點(diǎn)火設(shè)施（NIF）的科學(xué)家提出一項(xiàng)計(jì)劃，該計(jì)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(lái)加快捕捉μ介子圖像所需的時(shí)間，從而減少所需要的曝光時(shí)間。

“這個(gè)項(xiàng)目對(duì)粒子物理探測(cè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)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(shuō)。John Harton將領(lǐng)導(dǎo)科羅拉多州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)為合作項(xiàng)目開(kāi)發(fā)μ介子探測(cè)器，他說(shuō)：“μ介子粒子的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他粒子，我們正在使用各種工具來(lái)篩選它們。”。

μ子產(chǎn)生的關(guān)鍵步驟：超強(qiáng)短激光脈沖加速電子在等離子體中傳播時(shí)留下的尾流。

ICMuS2計(jì)劃將開(kāi)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(jì)，其通量比自然產(chǎn)生的μ介子大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可用于廣泛的成像應(yīng)用。其中包括特殊核材料探測(cè)、采礦和地球物理學(xué)。NIF和光子科學(xué)高級(jí)光子技術(shù)項(xiàng)目的Brendan Reagan表示，除了激光器開(kāi)發(fā)，該項(xiàng)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(jì)算系統(tǒng)的高級(jí)數(shù)值模擬以及系統(tǒng)工程和集成。

這項(xiàng)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (LBNL) 合作開(kāi)展。LLNL還參與了由LBNL牽頭的MuS2項(xiàng)目下的另一項(xiàng)活動(dòng)。

ICMuS2 LLNL 團(tuán)隊(duì)成員致力于通過(guò)這項(xiàng)工作開(kāi)發(fā)原型激光系統(tǒng)。

初步實(shí)驗(yàn)將使用UMD開(kāi)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(jìn)激光器中進(jìn)行。高能加速和μ介子產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)將在ELI Beamlines使用其L4-Aton 10-PW激光系統(tǒng)進(jìn)行。

這項(xiàng)為期四年的計(jì)劃的第一階段將側(cè)重于原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并對(duì)激光產(chǎn)生的μ介子進(jìn)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(yùn)輸μ介子源的設(shè)計(jì)。

此外，該計(jì)劃的各個(gè)方面建立在LLNL實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)的研發(fā)計(jì)劃開(kāi)發(fā)的大孔徑Thulium激光技術(shù)以及美國(guó)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(duì)激光驅(qū)動(dòng)加速器的投資的基礎(chǔ)上。