SCIENCE 3D | 뮤온 영상 (뮤오그래피)

무슨 일이 일어났나

뮤오그래피는 우주에서 온 입자(우주선)가 대기에 부딪혀 만든 뮤온이라는 기본 입자로, 화산 · 피라미드처럼 아주 큰 물체 속을 찍는 방법입니다(도쿄대).

뮤온은 약 2.2 µs 만에 붕괴하는데도(도쿄대), 몇 GeV 넘는 뮤온은 대개 붕괴하지 않고 대기를 다 지나와 땅에 닿습니다(PDG) — 빛에 가깝게 날아 시간이 느려지기 때문입니다.

시뮬레이터에서 15 km 높이에서 생긴 뮤온 1 000 개가 빛의 0.9995 배로 내려오면(높이 · 빠르기는 예로 둔 값) 상대성으로는 487 개가 땅에 닿지만, 시간이 안 느려진다면 1.27×10⁻⁷ 개 — 사실상 하나도 남지 않습니다.

APS 는 피라미드 속 빈 방이 있다면 뮤온이 그 방을 그대로 지나가 영상에 «빈 곳» 으로 찍힌다고 설명합니다 — 바위가 뮤온을 얼마나 막는지는 이 시뮬레이터 모형에 없습니다.

앨버레즈는 1965 년 피라미드 속을 우주선 뮤온으로 살피자고 제안했고, 1970 년 2 월 카프레 피라미드의 약 19 % 를 스파크 상자로 살핀 결과를 Science 에 냈습니다(APS).

우주선 뮤온 (자연이 주는 «빛») — 대기 높은 곳에서 우주선이 만든 뮤온이 쉬지 않고 쏟아져, 따로 쏘는 장치 없이도 물체를 비춥니다.
검출기 — 지나가는 뮤온의 수와 들어온 방향을 기록합니다 — 앨버레즈 팀은 피라미드 아래 방에 스파크 상자를 두었습니다.
찍을 물체 (화산 · 피라미드) — 두께와 속 구조에 따라 지나오는 뮤온 수가 달라집니다. 빈 방이 있으면 그쪽으로 뮤온이 더 지나옵니다.
분석 컴퓨터 — 방향마다 센 뮤온 수를 견줘, 속이 빈 곳 · 꽉 찬 곳의 그림을 만듭니다.

찍을 물체의 아래나 옆에 검출기를 둡니다.
오랫동안 방향마다 지나오는 뮤온 수를 셉니다.
예상보다 뮤온이 많이 온 방향은 비어 있는 곳으로, 적게 온 방향은 두껍거나 빽빽한 곳으로 읽어 속 그림을 그립니다.
시간에 따라 수가 바뀌면 속이 움직이는 것도 볼 수 있습니다 — 도쿄대 팀은 분화 중인 사쓰마이오지마 화산 속 마그마가 오르내리는 모습을 움직이는 뮤온 영상으로 만들었습니다.