Если бы авторы старых комиксов разбирались в современной физике, их супергерои «просвечивали» бы стены не рентгеном, а мюонами. Именно такой подход впервые позволил «сфотографировать» предмет, спрятанный за двухметровой бетонной стеной — с помощью пучка мюонов, тяжёлых заряженных частиц, способных проникать сквозь плотные материалы.
Пластины детектора (голубые) и свинцовый объект перед ним. (Dobre et al., arXiv, 2026)
Эксперимент провели на установке Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP) в Румынии, где работает один из самых мощных лазеров в мире. Команда физиков сгенерировала пучок высокоэнергетичных частиц и получила изображение объекта сквозь несколько метров бетона.
Снимки получились зернистыми и малодетальными, однако сам результат, описанный в статье на сервере препринтов arXiv, считается важным шагом в развитии технологий визуализации. Потенциальные применения простираются от систем безопасности до геологоразведки и горного дела.
Что такое мюоны
Мюоны можно сравнить с «электронами на стероидах»: это их тяжёлые родственники. Обычно они рождаются, когда разогнанные до огромных скоростей протоны из космоса сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы, выбивая пары кварков — пионы.
Пионы почти мгновенно распадаются на мюоны, а те, в свою очередь, живут лишь доли мгновения, прежде чем превратиться в более лёгкие частицы и нейтрино. Тем не менее космические мюоны успевают долететь до поверхности Земли.
Благодаря большой массе мюоны легко проходят сквозь плотные слои породы — куда глубже, чем самый мощный рентген. Археологи и инженеры используют этот эффект уже несколько десятилетий: с помощью «мюонного просвечивания» ищут пустоты внутри пирамид и залежи полезных ископаемых глубоко под землёй.
Проблема в том, что природные мюоны приходят лишь под ограниченным набором углов и с малой интенсивностью — около одной частицы на квадратный сантиметр в секунду. Тому, кому нужен быстрый снимок или изображение сбоку, естественные космические мюоны не помогут.
Один из способов искусственно получить мюоны на практических расстояниях — разгонять электроны мощными лазерами на волнах электромагнитного поля и направлять их в преграду. В прошлом году физики из Китая, США и Великобритании уже доказали принципиальную осуществимость такого подхода.
Другая международная группа — из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса и Университета штата Колорадо — тем же методом создала вспышку частиц и «просветила» свинцовые грузы внутри грузовика. Правда, какая доля этих частиц приходилась именно на мюоны, осталось неясно, поэтому право называться «первым снимком» до сих пор оспаривается.
Лазер ELI-NP мощностью 10 петаватт — отнюдь не фонарик. На короткое мгновение его луч несёт в тысячи раз больше мощности, чем все электросети планеты вместе взятые. Эта вспышка разгоняет электроны до столкновения со свинцовым барьером.
Чтобы отсеять как можно больше немюонных частиц, исследователи разработали оригинальный фильтр из листов полиэтилена, обёрнутых вокруг парафиновых блоков. После него относительно чистый пучок мюонов проходил сквозь бетонную стену толщиной два метра и попадал в массив детекторов, установленных в фургоне по другую сторону.
Свинцовые грузы рядом с фургоном-детектором. (Dobre et al., arXiv, 2026)
Зафиксировав «тень» от груды свинцовых блоков, команда объявила эксперимент успешным и заявила о получении первой официальной мюонограммы, созданной искусственно с помощью лазера.
Изображения с детектора: слева — со свинцовыми грузами, справа — без них. (Dobre et al., arXiv, 2026)
До привычной фотографии такой технологии ещё далеко, но при дальнейшей доработке на её основе можно создать компактную переносную систему. Она могла бы «заглядывать» сквозь стальные корпуса ракет и транспортных контейнеров, в толщу скалистых гор или в каменные основания древних сооружений.
Исследование опубликовано в виде препринта на сервере arXiv.
