Un faisceau contrôlé de muons vient de révéler la silhouette d’un objet en plomb après avoir traversé une épaisse protection en béton.
Les muons sont des particules proches des électrons, mais environ 200 fois plus lourdes. Ils traversent donc beaucoup plus facilement la roche, le métal ou le béton. Des muons naturels naissent constamment lorsque des rayons cosmiques frappent la haute atmosphère. Leur passage peut servir à regarder l’intérieur d’objets que les rayons X traversent difficilement.
Schéma du dispositif expérimental utilisé pour produire et mesurer le faisceau de muons. T32 et SiRO, fixés à 12 m de la cible, servent à contrôler et caractériser le faisceau. Le détecteur mobile μ36 est déplacé à différentes distances et positions pour mesurer son profil et réaliser les images. L’objet en plomb utilisé pour la muographie n’est pas représenté sur ce schéma.
Cette technique, appelée muographie, fonctionne déjà avec les muons venus du ciel. Son principal problème est leur faible nombre. Il faut parfois accumuler des mesures pendant très longtemps pour obtenir une image exploitable. Produire ces particules à la demande pourrait donc accélérer fortement les observations.
Les chercheurs ont utilisé un laser très puissant pour accélérer des électrons dans un gaz. Ces électrons ont ensuite frappé une cible solide et généré un rayonnement très énergétique. Celui-ci a finalement produit des paires de muons. La collision produisait aussi de nombreux photons gamma et neutrons parasites, dont il fallait fortement atténuer le signal.
L’équipe a installé plusieurs couches de matériaux absorbants, puis un mur de béton de 2 m d’épaisseur. Les muons les plus énergétiques ont poursuivi leur trajet. Un détecteur mobile, déplacé jusqu’à 42 m de la source, a ensuite mesuré le faisceau. Il a notamment enregistré son passage derrière un empilement de briques de plomb.
L’image obtenue reste simple, mais la forme et la position de l’empilement sont reconnaissables. Les simulations montrent que le signal ayant permis de former l’image était dominé par les muons. Leur énergie atteignait quelques milliards d’électronvolts, assez pour traverser l’épaisse protection placée sur leur route.
L’intérêt d’un tel faisceau vient surtout de son contrôle. Avec les muons cosmiques, il faut attendre que la nature fournisse les particules. Une source artificielle peut fonctionner à la demande.
Le dispositif fonctionne donc comme un système en deux parties : une source de muons d’un côté et un détecteur de l’autre. L’objet à examiner doit se trouver entre les deux, afin que les muons le traversent avant d’être mesurés. Une telle configuration pourrait servir à sonder l’intérieur de structures épaisses, comme des bâtiments, des ouvrages en béton ou certaines formations rocheuses.
La méthode reste cependant loin d’un appareil prêt à l’emploi. L’image obtenue possède encore une résolution limitée, et l’installation laser utilisée est imposante. Des progrès sont nécessaires sur la production des muons et sur les détecteurs avant de pouvoir examiner des objets plus détaillés.
Le travail est actuellement disponible sous forme de prépublication sur arXiv. Il n’a donc pas encore suivi le processus complet d’évaluation d’une revue scientifique. Les prochaines expériences devront surtout montrer si cette source peut fournir davantage de muons tout en restant suffisamment stable pour des mesures répétées.