Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2024-10-17 Происхождение:Работает
В 1988 году примерно в 10 километрах от побережья Сардинии в Италии дайверы ныряли, чтобы найти останки затонувшего корабля. Когда они спустились на глубину 28 метров, они внезапно обнаружили очертания затонувшего корабля.
С начала Эры Паруса моря поглотили бесчисленное количество кораблей. Эти затонувшие корабли хранят в себе сокровища и истории разных эпох, и каждое из них будет представлять большой интерес для морских археологов, поскольку является лучшим ключом к воссозданию ими прошлого.
По форме корабельных глиняных горшков археологи определили, что это затонувший древнеримский корабль. Древнеримской цивилизации более 2000 лет, время и море уничтожили большую часть деревянных построек, но некоторые устойчивые к коррозии каменные орудия и металлические предметы остались нетронутыми. Хотя неудивительно, что на морском дне недалеко от Италии найдено затонувшее древнее римское судно, этот корабль особенный, он гораздо крупнее и прочнее большинства затонувших кораблей.
Археологи обнаружили причину, по которой корабль был таким прочным — он был загружен большим количеством металлических прутков, более тысячи свинцовых слитков или около 33 тонн металла — самое большое количество раскопок затонувших кораблей в то время. Этим тяжелым «сокровищам» археологи, несомненно, очень удивлены! Как ни странно, физики в таком же восторге.
Каждый из этих слитков имеет примерно трапециевидную форму, длину 45 сантиметров и вес около 33 килограммов, поэтому на момент обнаружения они все еще были аккуратно сложены друг на друга.
Свинец был важным металлом в Древнем Риме, его отливали в трубы, монеты, оружие или конструкции. Хотя точная цель этой большой партии свинцовых слитков неясна, открытие такого большого количества свинцовых слитков также подтверждает силу производственных мощностей Древнего Рима и развитие экономической торговли. Надпись на свинцовом слитке также позволяет археологам заглянуть в технологическую, промышленную и культурную историю исчезнувших цивилизаций.
Большую часть древних свинцовых слитков удалось спасти после затонувших глубоководных кораблей, но некоторые из них были закопаны в землю. В исследовании, опубликованном в мае в «Журнале римской археологии», подробно изучались три свинцовых слитка, раскопанные на стоянке Бельмес 20-го века в Кордове, Испания.
Анализируя химический состав и стабильные изотопы свинцовых слитков, исследователи обнаружили, что три свинцовых слитка были произведены в одном и том же горнодобывающем районе, а два свинцовых слитка с буквами «СС» были произведены одной и той же горнодобывающей компанией. «Societas Sisaponensis» со штаб-квартирой в Кордове. Испытания слитков кораблекрушения показали, что более половины слитков было добыто именно из этой шахты. Последние результаты, похоже, еще раз подтверждают, что Кордова, возможно, имела самую важную металлургическую сеть в древнем Восточном Средиземноморье, что отражает уровень возможной индустриализации того времени.
Свинцовые слитки могут помочь археологам связать историю Восточного Средиземноморья, и, судя по всему, они стремятся оставить все найденные слитки на своем месте или отправить их в музеи для дальнейшего изучения и анализа. Но физики, «подглядывавшие» в стороне, так не думали, и больше всего им хотелось расплавить эти римские свинцовые слитки и использовать их для исследования тайн Вселенной.
В 1988 году, прочитав в газетах об открытии этого огромного грузового корабля, Этторе Фиорини сразу предвидел важность этих свинцовых слитков для физиков (точнее, физиков элементарных частиц). Фиорини — физик Миланского университета Бикокка в Италии и координатор экспериментов Криогенной подземной обсерватории редких событий (CUORE).
В то время Национальный институт ядерной физики Италии (INFN) строил детектор CUORE под землей в лаборатории Гран-Сассо. Целью этого эксперимента является обнаружение теоретического события распада частицы, называемого безнейтринным β-распадом. При стандартном β-распаде высвобождаются два нейтрино, но в случае безнейтринного β-распада ядро высвобождает только два электрона, а не нейтрино.
Даже теоретически события двойного β-распада без нейтрино редки, и мы никогда их не наблюдали, но если бы их удалось наблюдать, они могли бы измерить массу нейтрино, ответить на вопрос, является ли нейтрино антивеществом само по себе (майорановское нейтрино) и, возможно, раскрыть тайну асимметрии в распределении материи-антиматерии во Вселенной.
Чтобы наблюдать это редкое событие распада, ученым CUORE пришлось построить куб диоксида теллура весом около 750 килограммов на глубине 1400 метров под горной породой. Из-за редкости таких событий и очень слабого сигнала этот эксперимент (и подобные эксперименты) пришлось строго изолировать от всех внешних радиоактивных событий, сводя фоновую радиоактивность к минимуму – и здесь на помощь приходит римский свинец.
Весь CUORE построен под землей, защищенный 1,4 километрами горных скальных образований от фонового излучения космических нейтрино, но этого недостаточно. Поскольку скальные образования, используемые для защиты объекта, также слегка радиоактивны, CUORE также нуждался в «щите», который был бы строго защищен от радиации. Ядро свинца большое и тяжелое, поэтому ему нужен только тонкий слой, чтобы заблокировать проникновение множества крошечных частиц. В идеале чистый свинец пригоден для использования в радиационных барьерах.
Но реальность не идеальна. Весь вновь добытый в природе свинец содержит определенное количество радиоактивного элемента уран-235, который со временем распадается на нестабильный изотоп свинец-210, при этом период полураспада до более стабильного изотопа составляет 22 года. Хотя в процессе переработки свинцовой руды удаляется большая часть урана, уже присутствующий свинец-210 все еще излучает слабое излучение на протяжении многих лет. Очевидно, что свинец в действительности сам по себе является источником радиации и не может быть использован непосредственно в качестве радиационного барьера для экспериментов по физике элементарных частиц.
Однако свинец, который молчал под водой в течение тысяч лет, за длительный период времени почти полностью утратил свою естественную радиоактивность, что делает его идеальным материалом для защиты детекторов частиц. В 1991 году команда INFN и ее сотрудники подробно исследовали радиоактивность римского свинца в статье (соавтором которого был Фиорини), и различные методы обнаружения показали, что римский свинец вообще не содержит свинца-210, а уровень радиационного фона составлял всего лишь одну тысячную от содержания современного свинца, что делало его лучшим защитным материалом в исследовательских образцах того времени.
В 2019 году исследование, опубликованное в Европейском физическом журнале A, дополнительно проверило радиоактивную чистоту образцов свинца из Рима с использованием новейшей технологии криообнаружения и сообщило о самом низком за всю историю пределе для измерений Pb-210.
«Физики элементарных частиц часто ищут свинец низкого уровня, — говорит Фиорини, — от крыш старых церквей до металлов, извлеченных из килей затонувших кораблей, которые часто используются в экспериментах». «Однако открытия на Сардинии беспрецедентны. , как по возрасту, так и по богатству материала.
В 1991 году Фиорини узнал, что археологическому институту в Кальяри не хватает средств, чтобы извлечь со дна моря все свинцовые слитки, и убедил менеджеров INFN пожертвовать на операцию около 210 000 долларов. В обмен физики могли бы использовать часть переработанного римского свинца.
В 90-х годах 20-го века некоторые слитки свинца использовались в экспериментах по ИНФЯ. В 2010 году лаборатория Гранкасо «запасла» еще 4 тонны римского свинца из музея на Сардинии.
Археологи из музея Кальяри говорят, что отделение от этих свинцовых слитков очень болезненно. Хотя свинцовые слитки, переданные ИНФН, находятся в худшем состоянии сохранности, они по-прежнему представляют исключительную историческую ценность. К счастью, физик вырезал надпись и отправил ее обратно в Кальяри для консервации, прежде чем расплавить свинцовый слиток. Оставшиеся слитки вместе с предыдущим свинцом будут переплавлены в свинцовую облицовку толщиной 6 сантиметров, которая будет охватывать детектор CUORE.
Многие археологи возражали против отливки этих исторических свинцовых блоков. Елена · Перес-Альваро, доктор философии. Доктор философии по управлению культурным и природным наследием, задался вопросом: «Достаточно ли важны эти эксперименты, чтобы разрушить части прошлого и открыть будущее?» М. Фернандо · Гонсалес-Зарба, физик из Кембриджского университета в Соединенном Королевстве. Фернандо Гонсалес-Сальба сказал: «Я думаю, что эти эксперименты могут объяснить некоторые из самых основных свойств Вселенной, и я думаю, что это того стоит».
Римский свинец — не единственный материал, отвечающий требованиям чувствительных экспериментов, этот строительный материал использовала и Древняя Греция. Свинец в Греции встречался реже, но свинца в Риме не было в достаточном количестве. Археолог Джон · Карман сказал, что, если бы физики использовали его широко, археологи могли бы потерять все древнеримские находки и, следовательно, всю информацию, которую они могли бы предоставить о технологии, культуре и промышленности римлян.
Четкого правового регулирования данного спора не существует. Конвенция ЮНЕСКО 2001 года об охране подводного культурного наследия запрещает коммерческую эксплуатацию исторических кораблекрушений, однако неясно, относится ли это к физическим экспериментам.
Хотя подробности неизвестны, спор в конечном итоге был урегулирован путем компромисса между сторонами — команда CUORE уже начала сбор данных со своей экспериментальной аппаратуры в 2017 году и опубликовала свои последние результаты в 2022 году. К сожалению, никаких следов нейтрино β они не обнаружили. разлагаться.
В настоящее время INFN пытается обновить CUORE до CUORE Upgrade с идентификацией частиц (CUORE), чтобы добавить возможности распознавания частиц. Лучшая новость для археологов заключается в том, что это обновление не требует дополнительного римского свинца.
Интересно, что основная научная цель CUORE — найти доказательства существования майорановских нейтрино, но его способность идентифицировать и измерять события с низкой энергией делает его также хорошо подходящим для исследования темной материи — астрофизические наблюдения в различных масштабах показали, что 27% Вселенной состоит из состоит из неоткрытой темной материи, но нам еще предстоит разгадать тайну того, что такое темная материя.
