سعت وزارة الدفاع والوكالات الفيدرالية الأخرى إلى الحصول على مصادر متقدمة تنتج أشعة غاما والأشعة السينية والنيوترونات والبروتونات والإلكترونات لتمكين مجموعة متنوعة من التطبيقات العلمية والتجارية والدفاعية - من التشخيص الطبي إلى مسح حاويات الشحن بحثًا عن خطورة. المواد ، للاختبار غير المتلف للطائرات وأجزائها لمعرفة العيوب الداخلية. لكن لا يمكن لأي من هذه المصادر تصوير الجدران الخرسانية بسمك عدة أمتار ، أو رسم خريطة لبركان من الخارج ، أو النظر في أعماق الأرض لتحديد الغرف والأنفاق. لمثل هذه القدرات التصويرية ، هناك حاجة إلى جسيم أقوى.
يهدف برنامج Muons for Science & Security التابع لـ DARPA (MuS2 - وضوحا Mew-S-2) إلى إنشاء مصدر مضغوط من الجسيمات دون الذرية التي تخترق بعمق والمعروفة باسم الميونات. الميونات تشبه الإلكترونات ولكنها أثقل بحوالي 200 مرة. عند الطاقة العالية ، يمكن للميونات أن تنتقل بسهولة عبر عشرات إلى مئات الأمتار من الماء أو الصخور الصلبة أو التربة. ومع ذلك ، فإن إنتاج الميونات يمثل تحديًا ، لأنه يتطلب مصدر جسيمات عالي الطاقة للغاية ، جيجا إلكترون فولت (GeV). يوجد حاليًا مصدران أساسيان للميونات. تولد تفاعلات الأشعة الكونية في الغلاف الجوي العلوي الميونات بشكل طبيعي أثناء نزولها إلى الأرض في زخات الجسيمات. يعد تسخير هذه الميونات للتصوير أمرًا شاقًا وغير عملي للغاية. لعبت الميونات الكونية دورًا في مشاريع خاصة ، مثل عندما استخدمها العلماء لتصوير الغرف الداخلية للأهرامات العظيمة في مصر. بالنظر إلى العدد القليل من الميونات التي تصل إلى سطح الأرض والمسارات المتباينة التي تنتقل عبر الغلاف الجوي ، فقد يستغرق الأمر من أيام إلى شهور لالتقاط بيانات كافية للميون لإنتاج نتائج ذات مغزى. يمكن أيضًا إنشاء الميونات على الأرض. لكن صنع الميونات يتطلب جسيمات عالية الطاقة بحيث يقتصر إنتاجها على منشآت أبحاث الفيزياء الكبيرة مثل مسرّع الجسيمات الوطني Fermilab التابع للولايات المتحدة في إلينوي ومسرع CERN الأوروبي في سويسرا.
قال مارك فروبل: "يتمثل هدفنا في تطوير مصدر جديد للميون الأرضي لا يتطلب مسرعات كبيرة ويسمح لنا بإنشاء حزم اتجاهية من الميونات عند الطاقات ذات الصلة ، من 10 إلى 100 ثانية من GeVs - إما لتصوير المواد أو تمييزها". ، مدير برنامج MuS2 في مكتب علوم الدفاع في داربا. "إن تمكين هذا البرنامج عبارة عن تقنية ليزر ذات طاقة قصوى عالية تتقدم بثبات ويمكن أن تخلق ظروفًا لإنتاج الميون في عامل شكل مضغوط. سيضع MuS2 الأساس اللازم لفحص جدوى تطوير مصادر الميون المدمجة والقابلة للنقل ".
يهدف MuS2 إلى استخدام ما يسمى بتسريع البلازما بالليزر (LPA) لإنشاء 10 جسيمات GeV في مساحة عشرات السنتيمترات مقارنة بمئات الأمتار اللازمة لأحدث المسرعات الخطية. في النهاية ، يسعى MuS2 إلى تطوير عمليات قابلة للتطوير وعملية لإنتاج ظروف يمكن أن تخلق ميونات تتجاوز 100 GeV من خلال الابتكارات في LPA والتصميم المستهدف وتقنية محرك الليزر المدمجة.
الميونات حساسة لتغير الكثافة لأنها تخترق المواد ، مما يجعلها مفيدة بشكل خاص لتحديد الفراغات في الهياكل الصلبة. إذا نجحت MuS2 وأي جهود متابعة ، فيمكن مسح المباني بأكملها من الخارج لتوصيف الهياكل الداخلية واكتشاف وجود مواد تهديد مثل المواد النووية الخاصة. تشمل التطبيقات المحتملة الأخرى رسم خرائط سريعة لموقع الأنفاق والغرف الموجودة تحت الأرض على عمق مئات الأمتار تحت سطح الأرض.
MuS2 هو برنامج مدته أربع سنوات مقسم إلى مرحلتين. خلال المرحلة الأولى التي تبلغ مدتها 24 شهرًا ، ستجري الفرق دراسات نمذجة وقياس أولية وتستخدم التجارب للتحقق من صحة النماذج وكذلك محاولة إنتاج 10 ميونات GeV. في المرحلة الثانية التي تبلغ مدتها 24 شهرًا ، ستهدف الفرق إلى تطوير تصميمات تسريع قابلة للتطوير لـ 100 GeV أو أكثر وإنتاج أعداد مناسبة من الميونات للتطبيقات العملية.
سيتمكن الناس من استخدام مسرعات الليزر التي يبلغ طولها متران إلى متر لتوليد الميونات بدلاً من الانتظار شهورًا لتوليد الميونات من الأشعة الكونية لتشكيل عمليات اكتشاف مفيدة. سيكون بإمكان العديد من مولدات وكاشفات الميون رسم خرائط للمباني أو البراكين أو المسح تحت الأرض لمسافة تصل إلى كيلومترات لاكتشاف الفراغات أو رواسب الكثافة المختلفة.
لدى Sandia Labs منشور يناقش استخدام الميونات للكشف عن الأنفاق تحت الأرض ذات القطر الفرعي.
يمكن استخدام التصوير المقطعي لتشتت الميونات للتمييز بين المواد ذات الكثافة المختلفة ، بشرط وجود تباين كثافة كافٍ. نتائج هذه التجارب باستخدام التحليلات التي تمت مناقشتها هنا غير حاسمة. ومع ذلك ، تظهر كثافة الصخور علاقة خطية مع كثافة تشتت الميون لكل حجم صخر لهذه العينات عندما تكون هذه النسبة أكبر من 0.10.
يجب أن يكون الكاشف الخاص بك على الجانب الآخر من مصدر مولد الميون لاكتشاف الانحرافات الناتجة عن جسم أكثر كثافة أو فراغ نفق.
يستغرق مسح الميونات باستخدام الأشعة الكونية الطبيعية شهورًا
تقاس طاقة الأشعة الكونية عادةً بوحدات MeV ، لميجا إلكترون فولت ، أو GeV ، لجيجا إلكترون فولت. (إلكترون واحد فولت هو الطاقة المكتسبة عندما يتم تسريع الإلكترون من خلال فرق جهد قدره 1 فولت). تمتلك معظم الأشعة الكونية في المجرة طاقات تتراوح بين 100 ميغا إلكترون فولت (تقابل سرعة للبروتونات 43٪ من سرعة الضوء) و 10 جيجا إلكترون فولت (تعادل 99.6٪ من سرعة الضوء). الميونات أثقل بـ 200 مرة من الإلكترونات والبروتونات أثقل بـ 8 مرات من الميونات.
تكون الميونات عالية الطاقة أسرع وتمكن من إجراء مسح أعمق أو أكثر.
لسنوات ، استكشف هؤلاء العلماء كل ركن من أركان الهرم الأكبر باستخدام التصوير الشعاعي ، وهي تقنية تصوير غير جراحية تستخدم كاميرات الأشعة تحت الحمراء والماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد وكاشفات الجسيمات الكونية لرؤية الداخل.
بريان وانج هو رائد الفكر المستقبلي ومدون علمي شهير لديه مليون قارئ شهريًا. صنفت مدونته Nextbigfuture.com على المرتبة الأولى في مدونة أخبار العلوم. ويغطي العديد من التقنيات والاتجاهات التخريبية بما في ذلك الفضاء ، والروبوتات ، والذكاء الاصطناعي ، والطب ، والتكنولوجيا الحيوية لمكافحة الشيخوخة ، وتكنولوجيا النانو.
معروف بتحديد أحدث التقنيات ، وهو حاليًا أحد مؤسسي شركة ناشئة وجمع التبرعات لشركات المرحلة المبكرة ذات الإمكانات العالية. وهو رئيس قسم الأبحاث للتخصيصات للاستثمارات التكنولوجية العميقة ومستثمر ملاك في Space Angels.
متحدث متكرر في الشركات ، كان متحدثًا في TEDx ومتحدثًا بجامعة Singularity وضيفًا في العديد من المقابلات للإذاعة والبودكاست. إنه منفتح على التحدث أمام الجمهور وتقديم المشورة.
