লেজারে তৈরি মিউয়ন দিয়ে সিসার ভেতর দিয়ে দেখা
মিউয়ন হলো ইলেকট্রনের একটি ভারী জ্ঞাতিভাই। অনেক বেশি ভরের কারণে পদার্থ পেরোনোর সময় এটি সামান্য শক্তি হারায়, এবং শিলা বা ধাতুর বিশাল পুরুত্ব ভেদ করে যেতে পারে।
এটাই মিউওগ্রাফির ভিত্তি: মিউয়ন দিয়ে বিশাল বা ঘন বস্তুর “এক্স-রে” তোলা। ২০১৭ সালে এটি খুফুর পিরামিডের ভেতরে একটি বড় শূন্যস্থান উন্মোচন করেছিল, এবং আসামা ও এটনার মতো আগ্নেয়গিরি, খনি, রেলসুড়ঙ্গ, হিমবাহ ও মালবাহী কনটেইনার পরীক্ষায় ব্যবহৃত হয়েছে।
আকাশের মিউয়নের সীমা
এখন পর্যন্ত মিউওগ্রাফি কেবল মহাজাগতিক মিউয়নের ওপর নির্ভর করেছে, যেগুলো মহাজাগতিক রশ্মি বায়ুমণ্ডলে আঘাত করলে প্রাকৃতিকভাবে তৈরি হয়। এদের প্রবাহ কম — প্রতি বর্গসেন্টিমিটারে সেকেন্ডে প্রায় একটি মিউয়ন — তাই এক্সপোজার দীর্ঘ হয়। এরা বেশিরভাগ ওপর থেকে আসে, আর এদের শক্তি বা দিক কেউ নিয়ন্ত্রণ করে না।
বিকল্প: লেজার দিয়ে একটি কৃত্রিম মিউয়ন রশ্মি তৈরি করা। “লেজার ওয়েকফিল্ড ত্বরণ” (laser wakefield acceleration) কয়েক সেন্টিমিটার গ্যাসের মধ্যে ইলেকট্রনকে প্রায় ১০ GeV পর্যন্ত ত্বরিত করতে পারে। এই ইলেকট্রনগুলো কোনো কঠিন লক্ষ্যবস্তুতে আঘাত করলে মিউয়ন তৈরি হয়। লেজারে তৈরি মিউয়ন প্রথম নিশ্চিত হয়েছিল ২০২৫ সালে, সাংহাইয়ে এবং বার্কলির BELLA লেজারে — তবে কেবল পরোক্ষভাবে শনাক্ত হয়েছিল।
পরীক্ষা
কাজটি হয়েছে রোমানিয়ার মাগুরেলেতে ELI-NP-তে (Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics), এর ১০ পেটাওয়াট লেজার বাহু দিয়ে: ২৩ ফেমটোসেকেন্ডে ২৩০ জুল, মিনিটে সর্বোচ্চ একটি শট। অভিযানে ২৩০টি শট ব্যবহৃত হয়েছে।
- ৬০ মিমি-র একটি গ্যাস লক্ষ্যবস্তু ৮ GeV পর্যন্ত ইলেকট্রন তৈরি করেছে।
- সেগুলো আঘাত করেছে ৪০ × ৪০ × ৫০ সেমি-র একটি সিসার ব্লকে। সেখানে গামা রশ্মি তৈরি করেছে মিউয়ন–অ্যান্টিমিউয়ন জোড়া (বেথে–হাইটলার প্রক্রিয়া)।
- ভারী সুরক্ষা আবরণ — ১০০ সেমি পলিইথিলিন, ৬০ সেমি প্যারাফিন, সিসা, আর ২ মিটারের একটি রিইনফোর্সড কংক্রিটের দেয়াল — অবাঞ্ছিত নিউট্রন ও গামা রশ্মি আটকেছে।
- মিউওগ্রাফির জন্য তৈরি তিনটি ডিটেক্টর রশ্মিটি রেকর্ড করেছে। এদের একটি, µ36, একটি ভ্যানে বসানো ছিল এবং উৎস থেকে ২০, ২৯ ও ৪২ মিটার দূরে, এবং পাশে ৬ মিটার পর্যন্ত নিয়ে যাওয়া হয়েছে।
- বিশদ মন্টে কার্লো সিমুলেশন (GEANT4) মাপা ইলেকট্রন বর্ণালি থেকে পুরো ব্যবস্থাটি শট ধরে ধরে পুনরুৎপাদন করেছে।
তাঁরা কী মাপলেন
- রশ্মির প্রোফাইল: অক্ষে কেন্দ্রীভূত একটি শিখর, ২০ মিটারে (অর্ধ-উচ্চতায়) ৪.৫১ মিটার চওড়া আর ২৯ মিটারে ৬.৩৫ মিটার — প্রায় ১২.৬° খোলার কোণ। সিমুলেশন দেয় ৪.৪৩ মিটার ও ৬.২৭ মিটার।
- ২০ মিটারে ডিটেক্টরে জমা শক্তির ৮৬.৯ % আসে মিউয়ন থেকে, যদিও অবাঞ্ছিত কণার সংখ্যা বেশি।
- মিউয়নের শক্তি: কয়েক GeV, ৬–৭ পর্যন্ত। ডিটেক্টরে পৌঁছাতে মিউয়নের অন্তত ১.৫ GeV লাগে।
- ছবি: উৎস থেকে ২৩ মিটার দূরে রাখা ২০ × ২৫ × ১০০ সেমি-র একটি সিসার বস্তুর ছবি তোলা হয়েছে ৩০টি লেজার শটে। এর পুনর্গঠিত আকার: ২২.৫–২৫ সেমি — আসল বস্তুটি ২৫ সেমি পুরু। এর পেছনে সংকেত প্রায় ২৬ % কমে যায়। বিভেদন: ২.৫ সেমি, ডিটেক্টরের একটি দণ্ডের প্রস্থ।
- সিমুলেশনে, মিউয়ন ছাড়া গামা রশ্মি ও নিউট্রন এই ছবি তৈরি করে না, কেবল একটি সমতল পটভূমি।
আকাশের মিউয়ন ছাড়িয়ে
লেখকদের মতে, এটি লেজারচালিত কৃত্রিম মিউয়ন রশ্মির প্রাধান্যে তোলা প্রথম ছবি। কৃত্রিম উৎস আনে আরও শক্তিশালী প্রবাহ, আর দিক ও শক্তির ওপর নিয়ন্ত্রণ — আকাশের জন্য আর অপেক্ষা নয়। এটি মিউয়ন স্পিন বর্ণালিবীক্ষণ ও নিউট্রিনো গবেষণাতেও কাজে লাগতে পারে। পরের অভিযানগুলোর লক্ষ্য আরও উচ্চ ইলেকট্রন শক্তি এবং উচ্চ প্রবাহের জন্য তৈরি ডিটেক্টর।