Fizicienii de particule au găsit un gol mare, ascuns, în Piramida Khufu, cea mai mare piramidă din Giza, Egipt, construită între 2600 și 2500 î. Hr. Descoperirea, care a fost postată în Nature, a fost făcută folosind imagistica cu raze cosmice și i-ar putea ajuta pe oamenii de știință să-și dea seama cum a fost construită de fapt misterioasa piramidă.
Tehnologia lor se bazează pe urmărirea particulelor numite muoane. Sunt foarte asemănătoare cu electronii - cu aceeași încărcare și proprietatea cuantică numită spin - dar de 207 ori mai grele. Această diferență de masă este importantă, deoarece determină modul în care aceste particule interacționează atunci când se ciocnesc cu materia.
Electronii cu energie mare emit radiații electromagnetice, cum ar fi razele X, atunci când se ciocnesc cu un solid, determinându-i să piardă energie și să rămână blocați în ea. Deoarece masa muonului este mult mai mare, emisia de radiații electromagnetice este suprimată de 207 de ori în comparație cu electronii. Prin urmare, muioanele nu se opresc atât de repede când se ciocnesc cu orice substanță - o străpung perfect.
Mucii se nasc de obicei în razele cosmice. Atmosfera superioară a Pământului este bombardată constant cu particule încărcate de la soare și alte surse din afara sistemului nostru solar. Acesta este cel din urmă care oferă raze cosmice cu energie mare, care pot genera muoni și alte particule într-un lanț de reacții.
Deoarece muonii au o durată de viață relativ lungă și sunt destul de stabili, sunt cele mai abundente particule din razele cosmice văzute la nivelul solului. Și deși pe parcurs se pierde multă energie, uneori observăm muoni cu un indice energetic foarte ridicat.
Mulți în slujba științei
Video promotional:
Aceste particule sunt destul de ușor de detectat. Ei lasă o cale subțire de „ionizare” în calea lor - adică bat electroni din atomi, lăsând atomii încărcați. Acest lucru este foarte convenabil: oamenii de știință pot folosi mai mulți detectori pentru a urmări calea unui muon până la propria sursă de origine. Mai mult, dacă pe drumul unui muon există o cantitate mare de materie, aceasta poate pierde toată energia, se poate bloca în materie și se poate descompune (separat în alte particule) înainte de a fi detectată direct.
Aceste proprietăți fac muoni candidați excelenți pentru fotografierea obiectelor care sunt în general opace sau opace metodelor noastre obișnuite de observare. La fel cum oasele lasă o umbră pe un film fotografic atunci când sunt expuse la razele X, un obiect greu și dens cu un număr atomic ridicat va crea o umbră sau va reduce numărul de muoni care pot trece prin acel obiect.
Mulți au fost folosiți pentru prima dată în acest fel în 1955, când E. P. George a măsurat supraîncărcarea rocilor deasupra tunelului, comparând fluxul de muoni din exterior și din interiorul său. Prima încercare cunoscută de a face o „muogramă” a avut loc în 1970, când Luis Alvarez a căutat caverne dilatate în a doua piramidă din Giza, dar nu a găsit niciuna.
În ultimii zece ani, tomografia muon a găsit un al doilea vânt. În 2007, japonezii au realizat o muogramă a craterului vulcanului Asama pentru a-i studia structura internă.
Scanări de muon au fost de asemenea folosite pentru a investiga resturile reactorului Fukushima.
Explorarea Khufu
Cel mai simplu mod de a studia un obiect mare precum o piramidă, folosind muoni este să analizezi diferențele din fluxul muon care trece prin ea. O piramidă solidă va lăsa o umbră sau va reduce numărul de muoni care trec prin ea. Dacă există un gol mare în piramidă, fluxul muon va crește de-a lungul acestui gol. Cu cât este mai mare diferența dintre „solid” și „gol”, cu atât este mai ușor să îl găsești.
Tot ce trebuie să faceți este să vă așezați undeva în apropiere, să vă uitați puțin din orizont spre piramidă și să numărați numărul de muoni care vin din toate direcțiile. Deoarece muioșii cosmici trebuie să fie energici pentru a călători printr-o întreagă piramidă și pentru că „ochii” noștri sunt relativ mici, va trebui să stăm și să numărăm un timp, de obicei câteva luni, pentru a număra suficient de mulți. În același mod în care folosim doi ochi pentru a compune o imagine tridimensională a lumii din capul nostru, vom avea nevoie de două detectoare separate pentru „ochi” pentru a obține o imagine tridimensională a golului din interiorul piramidei.
Lucrul interesant în abordarea acestei echipe este că au ales trei tehnologii diferite de detectare pentru a explora piramida. Primul este oarecum de modă veche, dar oferă o rezoluție mai mare a imaginii rezultate: plăci fotografice care s-au întunecat de la ionizare. Au fost lăsate câteva luni în interiorul uneia dintre celebrele camere piramidale și analizate în Japonia după colectarea datelor.
A doua metodă a folosit „scintilatoare” din plastic care produc un flash de lumină atunci când o particulă încărcată trece prin ele. Aceste tipuri de detectoare sunt utilizate în mai multe experimente moderne cu neutrino.
În cele din urmă, camerele umplute cu gaz, în care ionizarea cauzată de particulele încărcate poate fi monitorizată, au fost folosite pentru a vizualiza direct golul nou descoperit.
Semnalul electronic al acestor detectori a fost transmis direct la Paris prin 3G. Desigur, o piramidă cu trei cavități binecunoscute și o galerie goală uriașă în interior este un obiect destul de complex pentru o muogramă (arată doar alb și negru). Prin urmare, aceste imagini trebuie adesea comparate cu simulările computerizate ale muonilor cosmici și ale piramidei studiate, în paralel. O analiză atentă a imaginilor de la cei trei detectori și a unui model de computer a scos la iveală un gol de 30 de metri, care a rămas necunoscut până acum, în Marea Piramidă din Giza. Un succes uimitor pentru noul set de instrumente.
Acum această metodă ne poate ajuta să examinăm forma detaliată a acestui gol. Deși nu știm nimic despre rolul acestei structuri, proiectele de cercetare care implică oameni de știință din alte discipline se pot baza pe noi cercetări. Este minunat să vezi cum fizica de particule de ultimă oră ne ajută să aruncăm lumină asupra celei mai vechi culturi umane.
Ilya Khel
