Zusammenfassung:
Die Forscher nutzten einen 10-Petawatt-Laser im Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics Center in Rumänien, um einen hochenergetischen Myonenstrahl zu erzeugen und ein „Bild“ des Objekts hinter der Wand durch eine zwei Meter dicke Betonwand aufzunehmen. Dabei dringt nicht der Laser selbst in den Beton ein, sondern die vom Laser erzeugten Myonen beschleunigen die durch die Wand fließenden Elektronen und das Signal wird dann vom Detektor auf der anderen Seite aufgezeichnet. Das Forschungsteam sagte, dass dies das erste Mal sei, dass Laser zur künstlichen Erzeugung von Mesonen und zur vollständigen Mesonenbildgebung eingesetzt würden.
Mesonen sind Elementarteilchen, die viel schwerer sind als Elektronen. Wenn Hochgeschwindigkeitsprotonen in der kosmischen Strahlung auf Atome in der Erdatmosphäre treffen, erzeugen sie Pionen, die dann in Pionen zerfallen. Mesonen haben eine extrem kurze Lebensdauer, aber eine große Masse. Einige Mesonen aus dem Weltraum können immer noch die Oberfläche erreichen und dichte Materialien wie Gesteine durchdringen. Ihre Fähigkeit übertrifft sogar die stärkste Röntgenstrahlung. Archäologen und Ingenieure haben natürlich vorkommende kosmische Mesonen genutzt, um Strukturen wie innere Hohlräume in Pyramiden und unterirdische Mineralvorkommen aufzuspüren.
Allerdings ist der Mesonenfluss im natürlichen Universum gering, nur etwa eins pro Quadratzentimeter pro Sekunde, und der Einfallswinkel ist begrenzt, was es schwierig macht, bei Bedarf schnell Bilder aufzunehmen oder von der Seite zu beobachten. Um Myonen künstlich zu erzeugen, nutzte das Forschungsteam starke Laser, um Elektronen entlang elektromagnetischer Wellen zu beschleunigen und ließ die Elektronen dann auf ein Bleiziel treffen. Zuvor haben Forscher aus China, den Vereinigten Staaten und dem Vereinigten Königreich gezeigt, dass diese Methode machbar ist; Ein anderes internationales Team unter Beteiligung von Forschern des Lawrence Livermore National Laboratory und der Colorado State University hat auf ähnliche Weise ebenfalls einen Teilchenstrahl erzeugt und Blei in einem Lastwagen fotografiert. Der tatsächliche Anteil der Mesonen war jedoch unklar, sodass umstritten war, ob es sich um die erste künstliche Mesonenbildgebung handelte.
In diesem Experiment setzte ein 10-Petawatt-Laser kurzzeitig eine extrem hohe Leistung frei, und die Forscher ließen die beschleunigten Elektronen auf eine Bleibarriere treffen. Um andere Partikel als Myonen so weit wie möglich herauszufiltern, entwarf das Team einen Filter, der aus einer in einen Paraffinblock gewickelten Polyethylenfolie besteht und es dem relativ reinen Myonenstrahl ermöglicht, eine zwei Meter dicke Betonwand zu passieren und eine Detektoranordnung in einem auf der anderen Seite der Wand geparkten Fahrzeug zu erreichen. Der Detektor zeichnete schließlich ein Bild des Schattens eines Haufens Bleiblöcke hinter der Wand auf.
Die aktuellen Schießergebnisse sind grob und enthalten nur begrenzte Details, und relevante Forschungsergebnisse werden immer noch in Form von Vorabdrucken veröffentlicht. Forscher gehen davon aus, dass bei einer Weiterentwicklung der Technologie in Zukunft möglicherweise kleinere und tragbarere Bildgebungssysteme geschaffen werden, mit denen sich die Eisenhülle von Raketen, die innere Struktur von Bergen oder die Steinfundamente antiker Gebäude untersuchen lassen und die auch auf Bereiche wie Sicherheitsinspektion und Bergbau ausgeweitet werden können.
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