म्युऑन्सनी प्रथमच छातीच्या आत पाहिले

म्युऑन्स हे इलेक्ट्रॉनचे जड चुलतभाऊ आहेत, सुमारे 200 पट अधिक वस्तुमानाचे. या वजनामुळे वेगवान म्युऑन्स फारशी ऊर्जा न गमावता पदार्थाच्या प्रचंड जाडीतून जाऊ शकतात. वैश्विक किरणांमुळे ते पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर सतत बरसत असतात, आणि भौतिकशास्त्रज्ञांनी त्यांना प्रतिमा घेण्याचे साधन बनवले आहे: म्युओग्राफी. तिने ज्वालामुखी, हिमनद्या आणि पुरातत्त्वीय स्थळे तपासली आहेत, आणि गिझाच्या ग्रेट पिरॅमिडच्या आत एक मोठी अज्ञात पोकळी उघड केल्याबद्दल ती प्रसिद्ध आहे.

दुसरे एक तंत्र, म्युऑन प्रकीर्णन टोमोग्राफी (muon scattering tomography), एखाद्या वस्तूतून जाताना प्रत्येक म्युऑन किती वळतो ते मोजते. दाट, जड पदार्थ म्युऑन्सना जोरात वळवतात, म्हणूनच ही पद्धत मालवाहू तपासणीत आणि आवरणाखाली दडवलेल्या आण्विक सामग्रीच्या शोधात वापरली जाते.

शक्य तितका सर्वात क्षीण संकेत

मानवी शरीर याच्या उलट उदाहरण आहे. मऊ ऊती हलक्या मूलद्रव्यांनी बनलेल्या असतात आणि त्यांच्या घनता सारख्याच असतात. त्यांच्यामुळे होणारे विचलन युरेनियम किंवा पोलादाच्या तुलनेत कित्येक परिमाण-क्रमांनी लहान असते. म्युऑन टोमोग्राफीला मऊ ऊतींमध्ये काही दिसू शकेल का, हा अनुत्तरित प्रश्न होता.

आकर्षण खरे आहे: काही अब्ज इलेक्ट्रॉनव्होल्टचे म्युऑन्स थोडीच ऊर्जा सोडत शरीरातून आरपार जातात. ते क्ष-किरण स्कॅनर्सची जागा घेतील असे लेखकांना वाटत नाही, पण जिथे कमी मात्रा किंवा वारंवार प्रतिमा घेणे महत्त्वाचे आहे तिथे संभाव्य पूरक म्हणून ते त्यांच्याकडे पाहतात. अडचण स्रोताची आहे: नैसर्गिक वैश्विक प्रवाह खूपच क्षीण आहे, आणि तीव्र म्युऑन शलाका फक्त मोठ्या त्वरकांमध्येच उपलब्ध असतात.

CERN च्या शलाकेत प्लास्टिकची छाती

CERN च्या दीपान्विता बॅनर्जी आणि ETH झुरिच व व्हॅलेन्सियातील इन्स्टिट्यूट ऑफ कॉर्पस्क्युलर फिजिक्समधील सहकाऱ्यांनी जिनिव्हा युनिव्हर्सिटी हॉस्पिटल्सकडून एक ॲल्डरसन थोरॅक्स फँटम उसना घेतला. ही क्लिनिकल डोसिमेट्रीत वापरली जाणारी प्रतिकृती आहे: ऊतींसारख्या प्लास्टिकचे शरीर, ज्यात फुप्फुसे, हृदय, यकृत आणि हाडांच्या समतुल्य पदार्थाचा संपूर्ण सांगाडा आहे.

एप्रिल 2026 मध्ये त्यांनी तो CERN च्या प्रोटॉन सिंक्रोट्रॉनमधील 2 GeV/c म्युऑन शलाकेत ठेवला. पुढे दोन आणि मागे दोन डिटेक्टर्सनी प्रत्येक म्युऑनचा आत येण्याचा आणि बाहेर जाण्याचा मार्ग नोंदवला, ज्यावरून त्याचे विचलन मिळाले. त्यांनी फँटम हाताने सात कोनांत फिरवला आणि 2,93,035 म्युऑन्स विश्लेषणासाठी ठेवले.

CERN च्या T9 शलाका-मार्गावर, अलीकडच्या (T1, T2) आणि पलीकडच्या (T3, T4) ट्रॅकर्सच्या मधे ठेवलेला ॲल्डरसन थोरॅक्स फँटम. — आकृती 1, Banerjee, Banto Oberhauser, Crivelli & Molina Bueno (2026), arXiv:2610.16647.

कच्ची पुनर्रचना खूप गोंगाटयुक्त (noisy) असते. म्हणून संघाने गोंगाट काढून टाकणारे एक त्रिमितीय न्यूरल नेटवर्क जोडले, जे फक्त यादृच्छिकपणे आकार बदललेल्या अवयवांसह 50 सिम्युलेटेड फँटम्सवर प्रशिक्षित केले होते — खऱ्या डेटावर कधीच नाही.

सत्याच्या 1% च्या आत

शलाका अरुंद होती, सुमारे 6 बाय 4 सेंटिमीटर. सातही कोनांतून फक्त एक छोटा भाग दिसला: हृदयाभोवतीचा सुमारे 8 सेंटिमीटरचा एक ठोकळा, शरीराचा 0.8%. सर्व अचूक निष्कर्ष तिथेच लागू होतात.

फँटमच्या कोणत्या भागांपर्यंत शलाका प्रत्यक्ष पोहोचली: गडद लाल गाभा सातही कोनांतून दिसला, शरीराचा सुमारे 0.8%. — आकृती 2, Banerjee, Banto Oberhauser, Crivelli & Molina Bueno (2026), arXiv:2610.16647.

• त्या गाभ्यात मोजलेली प्रकीर्णन घनता 1.304 × 10⁻⁴ rad²/m होती, तर सिम्युलेशनवरून अपेक्षित सुमारे 1.297 × 10⁻⁴: पुनर्अंशांकनाशिवाय 1% पेक्षा चांगली जुळणी.
• भरकटलेले मार्ग किती काटेकोरपणे गाळले जातात हे बदलल्यावर कच्ची प्रतिमा 15% ने बदलली, पण नेटवर्कचे उत्पादन 1% पेक्षा कमी.
• गाभ्याबाहेर बरगड्या, उरोस्थी आणि पाठीचा कणा साधारण जिथे असायला हवे तिथे, हाडाच्या योग्य घनतेच्या जवळपास दिसले, पण रेघांसारखे ताणलेले.

पद्धतीने काय निसटू दिले तेही तितकेच बोलके आहे. फँटमच्या हृदयाच्या भिंतीत 9 ते 14 मिलिलिटरचे हवेने भरलेले लहान दोष आहेत. ते पुन्हा मिळवता आले नाहीत: त्यांचा सुमारे 10% संकेत सांख्यिकीय गोंगाटाच्या तळपातळीवरच आहे. दहापट अधिक म्युऑन्स असते तर ते ओळखण्याच्या सीमेवर आले असते, असा लेखकांचा अंदाज आहे.

दोन मायक्रोग्रे

गाभ्यातील प्रत्येक व्हॉक्सेलमधून सुमारे 58 म्युऑन्स गेले. लेखक स्थानिक मात्रा सुमारे 2 मायक्रोग्रे असल्याचा, आणि दहापट अधिक म्युऑन्ससह सुमारे 20 असल्याचा अंदाज वर्तवतात. तुलनेसाठी ते छातीच्या क्ष-किरणासाठी सुमारे 0.1 मिलिसिव्हर्ट आणि छातीच्या सीटी स्कॅनसाठी सुमारे 6 असे आकडे देतात — मात्र या राशी थेट तुलना करण्याजोग्या नाहीत आणि क्लिनिकल मूल्यमापनासाठी संपूर्ण मात्रा-गणना लागेल, असा इशाराही देतात.

त्वरकापासून दवाखान्यापर्यंत?

लेखकांच्या मते, मऊ ऊतींवर म्युऑन प्रकीर्णन टोमोग्राफीचे हे पहिले प्रायोगिक प्रात्यक्षिक आहे. क्लिनिकल प्रणालीसाठी खूप अधिक कोन आणि एका मिलिमीटरपेक्षा कमी अचूकतेची जुळवणी लागेल. तिची नैसर्गिक लक्ष्ये स्पष्ट घनता-विरोधाभास असलेले विकार असतील, जसे हवेने भरलेल्या फुप्फुसातील घन गाठ, किंवा कॅल्शियमयुक्त ऊती. आता सर्व काही म्युऑन स्रोतावर अवलंबून आहे: संघ संक्षिप्त, लेसर-चालित त्वरकांकडे निर्देश करतो, जे खोलीच्या आकाराच्या सुविधांमधून शलाका देण्याचे आश्वासन देतात.