VER A TRAVÉS DEL PLOMO CON MUONES HECHOS POR LÁSER
El muon es un primo pesado del electrón. Gracias a su masa mucho mayor, pierde poca energía al atravesar la materia y puede cruzar espesores enormes de roca o de metal.
Esa es la base de la muografía: hacer «radiografías» de objetos enormes o densos con muones. En 2017 reveló un gran vacío dentro de la pirámide de Keops, y se ha usado para sondear volcanes como el Asama y el Etna, minas, túneles ferroviarios, glaciares y contenedores de carga.
El límite de los muones del cielo
Hasta ahora, la muografía dependía únicamente de los muones cósmicos, producidos de forma natural cuando los rayos cósmicos chocan con la atmósfera. Su flujo es bajo, alrededor de un muon por centímetro cuadrado por segundo, así que las exposiciones son largas. Llegan sobre todo desde arriba, y nadie controla su energía ni su dirección.
La alternativa: fabricar un haz artificial de muones con un láser. La «aceleración por estela láser» (laser wakefield acceleration) puede llevar electrones hasta unos 10 GeV en unos pocos centímetros de gas. Cuando esos electrones chocan con un blanco sólido, producen muones. Los muones creados por láser se confirmaron por primera vez en 2025, en Shanghái y en el láser BELLA de Berkeley, pero solo se detectaron de forma indirecta.
El experimento
El trabajo se realizó en ELI-NP (Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics), en Măgurele (Rumanía), con su brazo láser de 10 petavatios: 230 julios entregados en 23 femtosegundos, como mucho un disparo por minuto. La campaña usó 230 disparos.
- Un blanco de gas de 60 mm produjo electrones de hasta 8 GeV.
- Estos chocaron contra un bloque de plomo de 40 × 40 × 50 cm. Allí, los rayos gamma crearon pares muon–antimuon (el proceso de Bethe–Heitler).
- Un blindaje grueso (100 cm de polietileno, 60 cm de parafina, plomo y un muro de hormigón armado de 2 metros) detuvo los neutrones y rayos gamma no deseados.
- Tres detectores construidos para muografía registraron el haz. Uno de ellos, µ36, iba montado en una furgoneta y se llevó a 20, 29 y 42 metros de la fuente, y hasta 6 metros hacia un lado.
- Simulaciones Monte Carlo detalladas (GEANT4) reprodujeron todo el montaje, disparo a disparo, a partir de los espectros de electrones medidos.
Lo que midieron
- Perfil del haz: un pico centrado en el eje, de 4,51 m de ancho (a media altura) a 20 m y de 6,35 m a 29 m, es decir, un ángulo de apertura de unos 12,6°. Las simulaciones dan 4,43 m y 6,27 m.
- A 20 m, el 86,9 % de la energía depositada en el detector procede de muones, aunque las partículas no deseadas son más numerosas.
- Energía de los muones: unos pocos GeV, hasta 6–7. Los muones necesitan al menos 1,5 GeV para llegar a los detectores.
- Imagen: un objeto de plomo de 20 × 25 × 100 cm, situado a 23 m de la fuente, se fotografió con 30 disparos láser. Su tamaño reconstruido: 22,5–25 cm; el objeto real tiene 25 cm de grosor. La señal detrás de él cae alrededor de un 26 %. Resolución: 2,5 cm, la anchura de una barra del detector.
- En la simulación, sin los muones, los rayos gamma y los neutrones no producen esta imagen, solo un fondo plano.
Más allá de los muones del cielo
Según los autores, se trata de la primera imagen dominada por un haz artificial de muones generado por láser. Una fuente artificial aporta un flujo más intenso y control de la dirección y de la energía: se acabó esperar al cielo. También podría servir para la espectroscopía de espín muónico y para estudios de neutrinos. Las próximas campañas buscan energías de electrones más altas y detectores diseñados para flujos elevados.