משרד ההגנה וסוכנויות פדרליות אחרות חיפשו מקורות מתקדמים המייצרים קרני גמא, קרני רנטגן, נויטרונים, פרוטונים ואלקטרונים כדי לאפשר מגוון יישומים מדעיים, מסחריים והגנה - מאבחון רפואי ועד סריקות של מיכלי מטען לאיתור מסוכן. חומרים, לבדיקות לא הרסניות של כלי טיס וחלקיהם כדי לראות פגמים פנימיים. אבל אף אחד מהמקורות האלה לא יכול לצלם דרך קירות בטון בעובי של כמה מטרים, למפות את ליבת הר געש מבחוץ, או להציץ עמוק מתחת לאדמה כדי לאתר חדרים ומנהרות. עבור יכולות הדמיה כאלה, יש צורך בחלקיק חזק יותר.
תוכנית Muons for Science & Security של DARPA (MuS2 - מבוטא Mew-S-2) שואפת ליצור מקור קומפקטי של חלקיקים תת-אטומיים חודרים עמוקים הידועים בשם מיואונים. מיואונים דומים לאלקטרונים אך כבדים פי 200 בערך. באנרגיה גבוהה, מיואונים יכולים לעבור בקלות דרך עשרות עד מאות מטרים של מים, סלע מוצק או אדמה. ייצור מיואונים, לעומת זאת, הוא אתגר, מכיוון שהוא דורש מקור חלקיקים בעל אנרגיה גבוהה מאוד, ג'יגה-אלקטרון וולט (GeV). נכון לעכשיו, קיימים שני מקורות עיקריים למיואונים. אינטראקציות של קרניים קוסמיות באטמוספירה העליונה יוצרות באופן טבעי מיואונים כשהם יורדים לכדור הארץ בממטרי חלקיקים שנוצרו. רתימת המיואונים הללו להדמיה היא מייגעת ולא מעשית במיוחד. מיואונים קוסמיים מילאו תפקיד בפרויקטים מיוחדים, כמו כאשר מדענים השתמשו בהם כדי לדמיין חדרים פנימיים של הפירמידות הגדולות במצרים. בהתחשב במספר הקטן של מיואונים שמגיעים לפני השטח של כדור הארץ והנתיבים השונים שהם עוברים באטמוספירה, זה יכול לקחת ימים עד חודשים כדי ללכוד מספיק נתוני מיאון כדי להפיק תוצאות משמעותיות. מיואונים יכולים להיווצר גם ארצית. אבל הכנת מיואונים דורשת חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה כל כך, עד שהייצור מוגבל למתקני מחקר פיזיקה גדולים כמו מאיץ החלקיקים הלאומי Fermilab של ארצות הברית באילינוי ומאיץ CERN האירופי בשוויץ.
"המטרה שלנו היא לפתח מקור מיאון יבשתי חדש שאינו דורש מאיצים גדולים ומאפשר לנו ליצור אלומות כיווניות של מיואונים באנרגיות רלוונטיות, מ-10 עד 100 של GeVs - כדי לדמיין או לאפיין חומרים", אמר מארק וורובל. , מנהל תוכנית MuS2 במשרד מדעי ההגנה של DARPA. "המאפשרת את התוכנית הזו היא טכנולוגיית לייזר עם הספק גבוה שהתקדמה בהתמדה ויכולה ליצור את התנאים לייצור מיאון בגורם צורה קומפקטי. MuS2 יניח את העבודה הדרושה כדי לבחון את ההיתכנות של פיתוח מקורות מיאון קומפקטיים וניידים".
MuS2 שואפת להשתמש במה שנקרא תאוצת לייזר פלזמה (LPA) כדי ליצור תחילה 10 חלקיקי GeV במרחב של עשרות סנטימטרים בהשוואה למאות מטרים הדרושים למאיצים ליניאריים מתקדמים. בסופו של דבר, MuS2 מבקש לפתח תהליכים ניתנים להרחבה ומעשיים כדי לייצר תנאים שיכולים ליצור מיואונים העולה על 100 GeV באמצעות חידושים ב-LPA, עיצוב יעדים וטכנולוגיית דרייבר לייזר קומפקטית.
מיואונים רגישים לשינוי בצפיפות כשהם חודרים לחומרים, מה שהופך אותם ליתרון במיוחד לאיתור חללים במבנים מוצקים. אם MuS2 וכל מאמצי המשך יצליחו, ניתן יהיה לסרוק מבנים שלמים מבחוץ כדי לאפיין מבנים פנימיים ולזהות נוכחות של חומרי איום כגון חומרים גרעיניים מיוחדים. יישומים פוטנציאליים נוספים כוללים מיפוי מהיר של מיקומן של מנהרות ותאי תת-קרקעיים במאות מטרים מתחת לפני כדור הארץ.
MuS2 היא תוכנית של ארבע שנים המחולקת לשני שלבים. במהלך השלב הראשון של 24 חודשים, צוותים יערכו מחקרי מידול ושינוי קנה מידה ראשוניים וישתמשו בניסויים כדי לאמת מודלים וכן ינסו לייצר 10 מיואונים GeV. בשלב השני של 24 חודשים, הצוותים ישאפו לפתח תכנוני מאיץ ניתנים להרחבה עבור 100 GeV או יותר ולייצר מספרים רלוונטיים של מיואונים ליישומים מעשיים.
אנשים יוכלו להשתמש במאיצי לייזר באורך 1-2 מטר כדי ליצור מיואונים במקום לחכות חודשים למיואונים שנוצרו בקרניים קוסמיות כדי ליצור זיהויים שימושיים. מספר מחוללי וגלאי מיאון יוכלו למפות מבנים, וולנו או לסרוק מתחת לאדמה עד קילומטרים כדי לזהות חללים או משקעי צפיפות שונים.
ל- Sandia Labs יש פרסום שדן בשימוש ב-Muons כדי לזהות מנהרות תת-קרקעיות בקוטר תת-מטר.
ניתן להשתמש בטומוגרפיה של פיזור מיאון כדי להבחין בין חומרים בעלי צפיפויות שונות, בתנאי שיש ניגודיות צפיפות מספקת. תוצאות מניסויים אלה באמצעות הניתוחים הנדונים כאן אינן חד משמעיות. עם זאת, צפיפות הסלע אכן מראה קשר ליניארי עם צפיפות פיזור מיואונים לכל נפח סלע עבור דגימות אלו כאשר יחס זה גדול מ-0.10.
אתה צריך שהגלאי שלך יהיה בצד השני של מקור מחולל המיאון כדי לזהות את ההסטות שנגרמות מחפץ צפוף יותר או ריק של מנהרה.
סריקת מואון באמצעות קרניים קוסמיות טבעיות אורכת חודשים
האנרגיה של קרניים קוסמיות נמדדת בדרך כלל ביחידות של MeV, עבור מגה-אלקטרון וולט, או GeV, עבור ג'יגה-אלקטרון וולט. (וולט אלקטרון אחד הוא האנרגיה הנרכשת כאשר האלקטרון מואץ בהפרש פוטנציאל של 1 וולט). לרוב הקרניים הקוסמיות הגלקטיות יש אנרגיות בין 100 MeV (המקבילה למהירות של פרוטונים של 43% ממהירות האור) ל-10 GeV (המקבילה ל-99.6% ממהירות האור). מיואונים כבדים פי 200 מאלקטרונים והפרוטונים כבדים פי 8 מהמיוונים.
מיואונים באנרגיה גבוהה יותר מהירים יותר ויאפשרו סריקה עמוקה יותר או נוספת.
במשך שנים, מדענים אלה חקרו כל פינה בפירמידה הגדולה באמצעות מווגרפיה, טכניקת הדמיה לא פולשנית המשתמשת במצלמות אינפרא אדום, סורקי תלת מימד וגלאי חלקיקים קוסמולוגיים כדי לראות פנימה.
בריאן וואנג הוא מוביל מחשבה עתידני ובלוגר מדע פופולרי עם מיליון קוראים בחודש. הבלוג שלו Nextbigfuture.com מדורג במקום ה -1 בלוג חדשות המדע. הוא מכסה טכנולוגיות ומגמות משבשות רבות, כולל חלל, רובוטיקה, בינה מלאכותית, רפואה, ביוטכנולוגיה אנטי-אייג'ינג וננוטכנולוגיה.
הוא ידוע בזיהוי טכנולוגיות חדישות, כיום הוא מייסד שותף של סטארט-אפ וגיוס תרומות עבור חברות בשלב מוקדם פוטנציאלי. הוא ראש המחקר להקצאות השקעות טכנולוגיות עמוקות ומשקיע אנג'ל במלאכי חלל.
הוא היה דובר תכופים בתאגידים, הוא היה דובר TEDx, דובר באוניברסיטת סינגולריות והתארח בראיונות רבים לרדיו ולפודקאסטים. הוא פתוח לנאום וליווי התקשרויות בפומבי.
