胡夫金字塔是埃及第四王朝法老胡夫的陵寝，也是埃及吉萨金字塔群里最古老、最大的一座金字塔。几千年过去了，人们一直不知道这座无与伦比的宏伟建筑是如何建造的，也不知道它的内部结构究竟是什么样子。这次，科学家们用μ子成像检测技术，终于有了突破，在吉萨大金字塔内部新发现了一个大型的中空结构。那么，μ子是什么？μ子成像检测技术为什么有这么大的能耐？

μ子是何物
 

μ（音ｍｉù）子，属于宇宙射线的副产物，常被称为μ介子，这名称来自历史上的一个误会。受电磁力是光子交换的思想启发，日本理论物理学家汤川秀树提出，核力的产生也是交换某种粒子的结果，并把这种交换粒子称为介子。根据原子核的大小和量子力学中的测不准原理，汤川秀树估计这种新粒子的质量应该是质子质量的五分之一。后来人们果然在宇宙射线中找到了质量差不多的粒子，就把这种粒子叫作μ介子。
 

但接着科学家又发现，μ介子跟核力并没有关系，并找到了真正跟核力有关系的π介子。这才发现μ介子并不是介子（由一对正反夸克组成），而是电子的表兄。除了质量比电子重两百倍外，μ子的其他基本性质跟电子几乎一模一样。
 

μ子成像检测技术原理

要想搞清楚μ子成像检测技术的原理，我们首先要知道一个概念，即库伦散射。
 

当μ子通过物体时，与物体中的原子不断发生库伦散射，它的方向会发生小角度的偏移，当最终穿透物体时，累计达到θ角，这种效应叫作多种库伦散射。

μ子成像检测技术主要是利用这一散射过程来检测材料。

μ子成像检测技术的优势
 

穿透能力强
μ子是一种通量大、穿透性极强的高能带电粒子。因此，利用它可以检测防护层内部含有重核元素的材料。
 

无辐照危害
辐照是利用放射性元素的辐射去改变分子结构的一种化工技术。传统的检测技术引入额外的放射源，而μ子成像检测技术使用的是天然存在的μ子，因此不会对人体和被测物体带来额外的辐照损害。

检测时间短，准确性高
μ子探测系统自动化程度高，因此对人员的依赖性大大减少，可以在较短时间内给出某些特殊材料的位置和形状特征，漏检和误检概率极低。
 

已开展的应用研究
 

古建筑、地质活动探测
2007年，科学家证实了μ子成像检测技术用于火山探测的可行性并获得了第一张火山的μ子成像图，通过对火山口熔岩数量、密度结构的变化的检测，来预测火山的喷发，如果熔岩表面上升，就意味着火山即将喷发。
 

埃及古老神秘的金字塔在开罗城外岿然屹立了四千多年。多年来，关于这座奇观是怎样建成的猜测不曾间断，科学家们尝试过微重力探测，尝试过机器人拍摄，尝试过地质雷达勘测，仍然几乎一无所获。现在，来自法国巴黎遗迹创新保护研究所的迈赫迪·塔尤比，来自日本名古屋大学的森本久由和他的同事们，使用μ子成像检测技术，探测工作有了些突破。由于在各个方向上都有宇宙射线产生的μ子，所以可以在金字塔的不同地点探测来自不同方向的μ子。如果在某方向探测到了比预期数量多的μ子，那很可能就说明，在这个方向上的金字塔内存在一个中空的密室。
 

集装箱内部材料监控
由于传统的核材料检测技术均基于放射性源，并且对屏蔽较好的核材料检测比较困难，因此，μ子成像检测技术被广泛应用于核材料的监控和探测。
 

μ子是天然的高能带电粒子,具有极强的穿透性,可以轻易穿透很厚的防护层。利用这种天然存在的粒子通过待测物体后的散射角分布与该物质原子序数相关的原理，结合断层成像的算法,可以探测到物体内部甚至屏蔽层内部重核物质的分布状态等信息,从而实现对集装箱中高密度材料的无损检测。如果大量集装箱中有3％含有核材料，那么60秒内就可将它们识别出来，其错误率小于3％。普通的没有高密度材料的集装箱，经过20秒的检测就可以放行。此外，增加成像时间可以对大宗货物中隐匿的微小核材料进行更准确的定位。
 

虽然利用μ子进行地质活动的研究已经相对成熟，μ子在核材料监控方面的研究应用也正在大力开展，但这项技术仍然存在一些问题，如：如何在复杂环境下降低检测噪声，如何在减少扫描时间的同时提高准确性，等等。科学家们正积极解决这些问题，让μ子成像检测技术更快、更好地在更多的领域发挥作用。
 

我们已经知道，μ子其实是宇宙射线的一种。那么，宇宙射线又是什么呢？人类应该如何感知？同学们可扫描二维码，一探究竟。