人類的火眼金睛繆子成像

趙君鵬

大名鼎鼎的孫悟空有一雙火眼金睛，他能看穿妖精的真實(shí)面目，也能看到柜子里藏著的事物。其實(shí)，依托科技的幫助，普通人也可以擁有這樣的“眼睛”，比如醫(yī)院檢查身體用的X光機(jī)、機(jī)場(chǎng)檢查行李用的安檢儀等?？墒?，你能想象透視金字塔這樣的龐然大物，或者透過厚厚的巖層給地球做檢查嗎？利用最新的繆子成像技術(shù)，人類就可以做到。

要了解繆子是什么，我們首先應(yīng)了解粒子。粒子是以自由狀態(tài)存在的最小物質(zhì)組成部分。最基本的粒子有12種，其中一種就是中微子?？娮邮侵形⒆拥囊环N，它的質(zhì)量很大，相當(dāng)于電子的200倍。

地球上的繆子主要來源于宇宙射線，科學(xué)家直到1936年才發(fā)現(xiàn)繆子的存在。宇宙射線實(shí)際上就是高能粒子流，其主要成分是恒星拋射出的質(zhì)子，這些高能質(zhì)子和地球大氣層發(fā)生了碰撞，產(chǎn)生派介子，派介子衰變成中微子?？娮语w行的速度幾乎等于光速，所以在穿越物體時(shí)不宜轉(zhuǎn)向，并且能量損失比電子小。也就是說，繆子穿透物質(zhì)的能力比電子更強(qiáng)，可以到達(dá)地平面以下幾千米。據(jù)測(cè)算，每秒穿過我們身體的繆子數(shù)以億計(jì)，不過請(qǐng)放心，繆子對(duì)人體無害。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，任何射線和能量波經(jīng)物體表面反射或穿透物體之后被檢測(cè)到，均可成像。手機(jī)拍照、X光、超聲波、紅外線等成像技術(shù)都是依據(jù)這個(gè)原理。同樣的道理，繆子也可以成像。電子、光子等難以穿越很深的巖層，而繆子可以輕松地穿過。在繆子面前，厚厚的地層就像是半透明的玻璃。當(dāng)繆子穿越物體時(shí)，不同物質(zhì)對(duì)繆子的吸收能力不同，最終被探測(cè)器探測(cè)到的繆子數(shù)量也就不同。通過分析不同方向探測(cè)到的繆子的數(shù)量，就可以得知繆子的行進(jìn)路線?？娮映瑥?qiáng)的穿透能力和計(jì)算機(jī)成像技術(shù)相結(jié)合，就可以掃描大地、建筑等事物，然后在電腦上清晰地顯示出物體內(nèi)部的圖像。

眾所周知，日本是一個(gè)火山較多的國(guó)家。但長(zhǎng)期以來，如何了解火山內(nèi)部情況，一直是個(gè)難題。近年來，日本東京地震研究所用繆子透視火山，終于看到了火山內(nèi)部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。加拿大的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室將繆子成像應(yīng)用于找礦，利用繆子成像技術(shù)透視方圓數(shù)平方千米幾百米深的巖層。

長(zhǎng)期以來，人們一直對(duì)金字塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常好奇。為此，科學(xué)家曾使用過微重力探測(cè)、無人機(jī)拍攝、地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)等各種探測(cè)方法，結(jié)果一無所獲。近年來，法國(guó)、日本和埃及的科學(xué)家利用繆子成像技術(shù)探測(cè)著名的胡夫金字塔，取得了重大進(jìn)展。圖像顯示，在金字塔的內(nèi)部隱藏著一個(gè)巨大的暗室。另外，美國(guó)德克薩斯大學(xué)的科學(xué)家也用繆子探測(cè)了瑪雅金字塔內(nèi)部，并繪制出了它的三維圖像。

以上繆子成像技術(shù)的應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)階段，離推廣和普及仍有一段距離，主要是因?yàn)槿斯ぶ圃炜娮拥碾y度較大。無論是人為造成的放射性衰變還是核裂變都難以產(chǎn)生繆子。目前，科學(xué)家主要用質(zhì)子加速器產(chǎn)生繆子，但質(zhì)子加速器體積龐大，不易移動(dòng)，所以透視巖層、火山和金字塔時(shí)，利用的繆子是從宇宙中“借用”的。

不用羨慕神話中孫悟空的神通廣大，有了科技的幫助，人類也可以擁有火眼金睛。雖然，目前繆子成像技術(shù)還在實(shí)驗(yàn)階段，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，繆子成像的應(yīng)用前景不可限量。