Centiméteres pontosságú navigáció egy beomlott bányában, ahol nincs GPS jel? Egy még ismeretlen barlangi üreg, vagy egy rejtett kamra feltárása egy piramisban kozmikus részecskékkel? Izgalmas összefoglaló cikk jelent meg a Nature Reviews Methods Primers folyóiratban a világban aktuálisan zajló müográfiai kutatásokról, a különböző csoportok erősségeiről, köztük magyar kutatók eredményeiről.
2023. november 23-án jelent meg a müográfiát, vagyis az olyan képalkotási és mérési módszereket bemutató publikáció, amelyek a minket körülvevő kozmikus részecskéket használják ki. A legújabb fejlesztési eredményekről szóló kutatást széles körű együttműködésben egy 12 országból származó konzorcium írta a Tokiói Egyetem (The University of Tokyo) vezetésével és a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont részvételével.
A kozmikus müonok a felső légkörben keletkeznek, nagy áthatolóképességük miatt azonban leérnek a Föld felszínére, sőt, képesek mélyen a talajba is behatolni. A jelenség felfedezésével egyidőben merült fel a gondolat, hogy a müonok felhasználhatók lennének képalkotásra, de a megfelelő mérőeszközök hiánya miatt korábban ez csak egy tudományos elképzelés maradt. Az elmúlt évtizedben aztán gyorsan nőni kezdett az alkalmazási lehetőségek és módszerek köre, ami egy új tudományág, a „müográfia” megszületéséhez vezetett.
A müográfia ma már változatos lehetőségeket kínál olyan objektumok vizsgálatára, amik más módon nehezen, vagy egyáltalán nem lennének mérhetők, van azonban két komoly korlátja. Az egyik, hogy a mérések során a vizsgált objektum „alá” kell menni a mérőeszközzel – hiszen a müonok felülről érkeznek – másrészt, hogy ez az eljárás jó közelítéssel csak a tömegsűrűségről hordoz információt. Emiatt a müográfia sokszor más módszerek kiegészítőjeként jelenik meg, azokkal együtt segítve olyan kérdések vizsgálatát, mint hogy milyen lehet egyes vulkánok belsejének a szerkezete, vagy az azon belüli dinamikai folyamatok, illetve milyen felületi erózió zajlik rajtuk.
Egy különösen érdekes új eredmény például a centiméteres pontosságú navigáció lehetősége olyan körülmények között, ahol nincs GPS-jel, és nem használható ultrahangos vagy lézeres navigáció. Ilyen lehet például egy beomlott bánya, egy leomlott épület, esetleg egy víz alatti környezet. De a kozmikus müonok használhatók nagy pontosságú szinkronizációra, vagy az adatátvitel titkosításának ellenőrzésére is.
A most megjelent összefoglaló publikáció érthető áttekintőt ad ezekről a technológiákról, amelyek fizikai alapja a müon részecske több száz méteres áthatolóképessége, méréstechnikája pedig a részecskefizikai alapkutatási eredményekre épül. A szerzők között van két hazai kutató is, egyikük Oláh László a Tokiói Egyetem Földrengéskutató Intézet kutatója, valamint Varga Dezső, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont detektorfejlesztéssel foglalkozó munkatársa.
A részecskefizikai berendezések fejlesztése összetett feladat, amihez magas színvonalú szaktudás és műszerpark szükséges. A HUN-REN Wigner FK-ban ez a „Vesztergombi Nagyenergiás Fizikai Laboratórium”, egy NKFIH által kiemeltnek elismert infrastruktúra keretében áll rendelkezésre (https://vlab.wigner.hu/), ami többek között a svájci székhelyű CERN-hez kapcsolódó kutatómunka támogatását adja a Kutatóközpont több csoportja számára, de a VLAB része egy, a Tokiói Egyetemmel közös laboratórium is, ami a Szakuradzsima vulkánnál Kjúsún, illetve Chibában más japán partnerekkel közösen működtetett obszervatóriumokat is magában foglalja.
A most megjelent tanulmány azért is különösen fontos, mert áttekintőt ad a világ különböző kutatóintézeteiben folyó müográfiai kutatásokkal kapcsolatos munkákról, illetve az egyes kutatócsoportok erősségeiről, ezáltal pedig a müográfia jelenlegi és a közeljövőben várható lehetőségeiről. Bár a természet egyetlen jelenségének a használatáról van szó, mégis a fizika ismert törvényeinek a megnyilvánulásai meglepően különbözőek lehetnek a barlangok, bányajáratok, piramisok, vulkánok, hidak vagy gátak megfigyelésekor, a gyorsan fejlődő új tudományág kutatói pedig ennek megfelelően igyekeznek kifejleszteni a leghasználhatóbb eszközöket, számitási algoritmusokat, kép- és adatfeldolgozási módszereket, hogy azok minél előbb a társadalom hasznára válhassanak.
Forrás: ng24.hu