从天而降的亚原子粒子揭开了火山的内在奥秘

事实上，介子/µ子（Muons）无处不在。在你不知道的情况下，每秒钟都有几百个击中你的脑袋。

其实，这些亚原子粒子（当宇宙射线进入地球大气层时产生的）是无害的，并会迅速衰变成较轻的粒子团。

这些粒子可以像X射线一样穿透物体，这使得它们对科学家来说很有用。四年前，科学家们就利用介子发现了埃及大金字塔中的一个隐藏的房间。

根据上周发表在《英国皇家学会学报》上的一篇文章，科学家们还使用幽灵般的介子来绘制火山的内部结构，这可能有朝一日会有助于预测危险的火山喷发。

智利阿塔卡马大学（University of Atacama）的地球物理学家、该研究的主要作者乔瓦尼·利昂（Giovanni Leone）说，为了绘制这些地图，科学家们测量了粒子穿过岩浆流过的火山洞穴、洞室和岩石通道的效率，然后利用这些信息绘制出地质蓝图。

这项被称为“介子透视图”（muography）的成像技术，可能有一天会成为“岩浆的终极探测系统”。而且，这项技术使得追踪可能在火山喷发之前的岩浆运动成为可能。

对火山内部进行X光检查

介子就像又胖又快的电子：它们带负电荷，但比电子重207倍，运动速度接近光速。这种重量和速度使得粒子可以穿透像火山岩这样的致密物质。物体的密度越大，介子失去速度和衰变的速度就越快。

许多介子可以撞到火山的一侧并直接穿过。但如果火山密度足够大（比如说，因为一条通道充满了岩浆），介子就无法从火山的另一侧出来。

为了发现哪些介子在旅途中可以幸存下来，科学家们在火山的侧面安装了介子探测器。这些探测器通过捕捉在穿过火山时没有衰变的勇敢的介子，并注意到使介子没有完好存活下来的间隙，从而形成了火山内部的图像。

一些研究人员通过在直升机内安装介子探测器，并在火山侧翼附近飞行，从空中绘制出了这一地图。

这就像给你的腿拍X光片。在X光检查过程中，辐射穿过你的腿，并被相机捕捉到。如果辐射不受阻碍地通过，图像显示为黑色。但是，因为你的腿部骨骼在X射线通过时吸收了一些X射线，所以较少的辐射会进入相机，这意味着你的骨骼在图像中会显得更亮。

在火山“介子透视图”中，科学家们寻找相同的对比：穿过的介子会完全在探测器上投下暗影。但是，当介子撞击火山的密集部分并更快衰变时，它们会留下更亮的轮廓。简而言之，物体越密集，轮廓就越亮。

上图：伊利诺斯州巴达维亚费米实验室的两位科学家正在研究介子探测器。

火山周围的介子探测器越多（有些几乎和网球场一样大），图像就越好。其中每一个探测器都可以产生2D图像。通过在该物体周围放置多个探测器，就可以建立一个粗略的3D图像。

介子可以帮助预测火山爆发

研究人员利用“介子透视图”技术，对日本樱岛火山和浅间火山，以及意大利的三座火山（包括维苏威火山、瓜德罗普岛的一座加勒比火山）进行了探测。

另外，除了帮助科学家绘制火山内部结构图外，“介子透视图”技术还可以用来发现火山内部准备喷发的岩浆库，并实时跟踪岩浆运动。

在火山喷发之前，岩浆通常会上升到火山顶部，使用介子来检测山顶区域的岩浆流，可能会帮助科学家探测到即将爆发的火山，让人们在火山喷发前安全撤离。

研究人员认为，尽早了解这些问题，可以为那些负责当地警报和疏散协议的人赢得了至关重要的时间。预测猛烈的火山爆发是应用火山学的圣杯。

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