Um feixe artificial atravessou uma parede de concreto e desenhou a sombra de tijolos de chumbo usando partículas que normalmente caem do céu

O que você vai ver

•  O que são múons e por que normalmente vêm do espaço, não de um laboratório.
•  Como um laser de altíssima potência conseguiu produzir múons artificialmente.
•  Como os pesquisadores filtraram outras partículas para isolar só os múons desejados.
•  A que distância os detectores conseguiram captar a sombra dos tijolos de chumbo.
•  Por que múons artificiais poderiam ser mais práticos do que os múons que já vêm de graça do céu.

Um feixe artificial de múons atravessou uma parede de concreto e desenhou nitidamente a sombra de uma pilha de tijolos de chumbo posicionada do outro lado, demonstração inicial de uma técnica de imagem que usa partículas normalmente associadas a raios cósmicos vindos do espaço, mas produzidas artificialmente em laboratório.

O que são múons e por que normalmente vêm do espaço, não de um laboratório?

Múons são partículas subatômicas parecidas com elétrons, porém mais pesadas, que se formam naturalmente quando raios cósmicos vindos do espaço colidem com a atmosfera terrestre, processo que bombardeia constantemente a superfície do planeta com um fluxo contínuo e gratuito dessas partículas, capazes de atravessar materiais densos como concreto e até rocha.

Essa capacidade natural de penetração através de materiais densos já é aproveitada havia anos pela técnica conhecida como muografia, que usa múons cósmicos para criar imagens do interior de estruturas grandes, como vulcões, pirâmides e reatores nucleares, de forma parecida com um raio-X, mas usando uma partícula capaz de atravessar barreiras muito mais espessas do que os raios-X convencionais conseguem penetrar.

Como um laser de altíssima potência conseguiu produzir múons artificialmente?

Uma equipe liderada por Madalina Dobre, do Instituto Nacional Horia Hulubei de Pesquisa e Desenvolvimento em Física e Engenharia Nuclear, na Romênia, usou o laser de altíssima potência da instalação ELI-NP para acelerar elétrons a energias extremamente elevadas, feixe que, ao atingir um alvo sólido, produziu rajadas de luz de alta energia capazes de gerar pares de múons.

Essa capacidade de criar múons artificialmente, em vez de depender exclusivamente do fluxo natural proveniente de raios cósmicos, representa uma mudança significativa de abordagem para a muografia: ao controlar diretamente a produção das próprias partículas usadas na imagem, pesquisadores ganham um grau de controle sobre a técnica que o fluxo cósmico natural, por sua própria natureza aleatória, nunca poderia oferecer.

Como os pesquisadores filtraram outras partículas para isolar só os múons desejados?

Depois de produzir o feixe de partículas a partir do impacto do laser no alvo sólido, a equipe passou o material resultante por um filtro feito de plástico e parafina, projetado para bloquear partículas indesejadas, seguido por uma barreira adicional de concreto com 2 metros de espessura, etapa que ajudava a garantir que praticamente só os múons, capazes de atravessar essas camadas, chegassem até a área de detecção.

Simulações computacionais confirmaram que aproximadamente 90% das partículas detectadas depois dessa filtragem tinham, de fato, as características energéticas esperadas de múons, validação que reforçou a confiabilidade do método de filtragem usado para isolar essa partícula específica em meio à variedade de subprodutos gerados pelo impacto inicial do laser contra o alvo sólido.

A que distância os detectores conseguiram captar a sombra dos tijolos de chumbo?

Detectores portáteis posicionados a até 42 metros de distância da fonte conseguiram capturar a sombra projetada por uma pilha de tijolos de chumbo, com o formato da sombra registrada combinando de perto com o tamanho e a posição reais conhecidos dos próprios tijolos usados no experimento, resultado que validou a viabilidade básica da técnica de imagem com múons artificiais.

Essa distância relativamente grande entre a fonte de múons e os detectores demonstra que o feixe artificial mantém capacidade suficiente de penetração e detecção mesmo depois de atravessar a barreira de concreto de 2 metros usada para filtrar outras partículas, condição necessária para que a técnica tenha alguma aplicação prática fora do ambiente controlado de um experimento inicial de demonstração.

Por que múons artificiais poderiam ser mais práticos do que os múons que já vêm de graça do céu?

Apesar de os múons cósmicos serem gratuitos e já amplamente usados em muografia, seu fluxo natural é relativamente baixo e distribuído de forma incontrolável, características que tornam a obtenção de imagens detalhadas através desse método um processo lento, que pode levar dias ou semanas de exposição contínua dependendo da espessura e do tamanho do objeto examinado.

Múons produzidos artificialmente por laser, em contrapartida, poderiam em teoria ser gerados sob demanda, com maior intensidade e em períodos de tempo mais curtos, vantagem que, segundo os próprios pesquisadores, favoreceria o uso da técnica, publicada como pré-impressão científica ainda não revisada por pares, em inspeções de infraestrutura e detecção de material nuclear que exigem resultados mais rápidos do que a muografia cósmica tradicional costuma permitir, mesmo reconhecendo que a resolução de imagem ainda precisa melhorar bastante antes de qualquer aplicação prática mais complexa.

Tecnologias que também buscam alternativas artificiais controladas para fenômenos naturais já conhecidos aparecem no relato sobre os cristais ativados por luz que destruíram moléculas de DNA na água usando oxigênio singlete.

Mais detalhes sobre a pesquisa estão disponíveis na reportagem do Phys.org.

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