Защо космическите частици са толкова важни? Мюоните – между ядрената сигурност и квантовите компютри

Как един музеен експонат от 2014 г. се превърна в микросекунден детектор на частици през 2025 г.

Учени от Националната лаборатория Оук Ридж (ORNL) в САЩ създадоха нов мобилен мюонен детектор, който би могъл сериозно да промени подхода към мониторинга на отработеното ядрено гориво и да помогне за разработването на нови квантови технологии.

Мюоните са елементарни частици, които ни позволяват да надникнем във вътрешността на плътните материали, без да ги разрушаваме. Те се използват за томография на обекти, скрити от традиционните методи за визуализация. Работата с мюони обаче е трудна: те живеят едва няколко микросекунди, така че е изключително трудно да се регистрира тяхното движение и енергия.

Екипът от инженери и физици на ORNL се справи с това предизвикателство, като адаптира технология, първоначално разработена за детекторите на неутрони на Spallation Neutron Source. Новият инструмент е в състояние да записва едновременно както енергията на мюоните, така и ъглите им на разсейване. Преди това томографските съоръжения обикновено отчитаха само един от тези параметри, което ограничаваше качеството на изображението.

Проектът се разработва от няколко години. Ръководителят на изследването, ядреният инженер Джунхюн Бае, заяви, че се е опитвал да реализира идеята още от времето на докторантурата си, но е срещал трудности. Решението дошло неочаквано: в Музея на науката и енергетиката той забелязал стар неутронен детектор на групата на Якуба Диавара в ORNL. Именно неговият проект е в основата на новата разработка.

Диавара подчертава, че оригиналното устройство е създадено преди повече от десетилетие за експерименти с неутрони, но „възвръщаемостта на тази инвестиция надмина всички очаквания“, тъй като е използвана за създаване на технология, която работи в други области на физиката.

Създаването на мюонния детектор е резултат от тясното сътрудничество между два отдела на лабораторията – Neutron Sciences и Fusion and Fission Energy and Sciences. Устройството ще бъде инсталирано в новото съоръжение на ORNL по-късно тази година за измервания в реални условия.

Научната общност възлага големи надежди на тази технология. Тя може не само да подобри ядрената безопасност, но и да даде тласък на квантовите изчисления, при които стабилността на хардуера все още е един от основните проблеми.