i 2017 fik Chamkaur Ghag, fysiker ved University College London, en e-mail fra en kollega i Spanien med et fristende tilbud. Året før havde en emeritus-professor ved Princeton University, Frank Calaprice, lært om gamle spanske skibe, der var sunket ud for den nye Jerseykyst for 400 eller 500 år siden, mens de transporterede en last af bly. Calaprice fik et par prøver af denne bly og sendte den til Spanien, hvor et laboratorium begravet i Pyrenæerne testede dets radioaktivitet. Det var lavt: lige hvad Aldo Ianni, den daværende direktør for Canfranc Underground Laboratory, håbede på. Nu blev den sunkne bly tilbudt ethvert fysiklaboratorium, der var villig til at betale 20 euro pr.
bly udvindes og raffineres over hele verden, men den århundreder gamle bly, der sidder i et skibsvrag, har en sjælden kvalitet. Efter at have siddet dybt under vandet siden før USA blev født, er dets naturlige radioaktivitet henfaldet til et punkt, hvor det ikke længere spytter partikler ud. For partikelfysikere gør det det usædvanligt værdifuldt.
“det er ligesom guldstøv,” siger Ghag.
glem plutonium: masser af dagligdags genstande, fra keramik og glas til metaller og bananer, er radioaktive i varierende grad. Skulle partiklerne fra deres henfald ramme detektorerne af partikelfysiske eksperimenter, kunne de give forskere falske positiver og grave huller på vejen til videnskabelig opdagelse. Selv eksperimenterne selv, bygget af alle slags metaller, har let radioaktive komponenter.
Læs: når fjernsyn var radioaktive
bare et par centimeter bly kan beskytte detektorer mod alle former for rogue-stråling, og en af de bedste måder at blokere luskede, uønskede partikler på er at omgive dem med bly, der i sig selv næppe er radioaktivt. Den bedste kilde til sådan bly er tilfældigvis sunkne skibe, hvoraf nogle har været Lig nær kystfarvande i så længe som to årtusinder.
flere historier
Partikelfysikeksperimenter ser efter de mest grundlæggende byggesten i kosmos, inklusive mørkt stof, et endnu uset stof, der fungerer som lim i og mellem galakser. Denne gamle ledelse hjælper derfor menneskeheden med at låse universets hemmeligheder op—men at opnå det giver ofte praktiske og etiske usikkerheder.
skibbrudne bly tilhører en klasse af genstande kendt som materialer med lav baggrund, som har meget lave niveauer af iboende radioaktivitet. Der er ingen aftalt standard for, hvad der udgør et materiale med lav baggrund, men baseret på følsomheden over for et eksperiments baggrundsstråling er det klart, hvilket niveau der er nødvendigt, siger Alan Duffy, en astrofysiker ved Svinburne University of Technology. “Hvis du bygger en Geiger-tæller, har du brug for Geiger-tælleren for ikke at afhente sig selv,” siger han.
tag stål: Det er et fremragende skjold mod indtrængende vagabondpartikler—så meget, at Fermilab, et partikelfysik-og acceleratorlaboratorium i Illinois, har brugt tonsvis af det i de sidste par årtier til at beskytte sine egne eksperimenter, siger Valerie Higgins, fermilabs historiker og arkivar. Dette stål kom ofte fra nedlagte krigsskibe, hvoraf mange eksisterede omkring tidspunktet for, eller tjente i, Anden Verdenskrig eller Koreakrigen, inklusive Astoria, Roanoke, hvepsen, det filippinske Hav, og Baltimore.
tidspunktet for disse konflikter betyder noget. Klokken 5.29. den 16. juli 1945 fandt den første detonation nogensinde sted i Jornada Del Muerto-ørkenen. Atomalderen var begyndt, og med hver efterfølgende nuklear ildkugle blev mere radioaktivt nedfald drysset over hele verden.
under Den Kolde Krig blev den radioaktive atmosfæriske forurening ubesværet suget ind i højovne, da stål blev lavet, siger Duffy. Dette infunderede slutproduktet med stråling, hvilket gjorde det uegnet til mange fysiske eksperimenter.
testforbudstraktater betyder, at verden i dag er mindre kunstigt radioaktiv, men den er stadig radioaktiv nok til, at partikler kan snige sig ind i stål. Stål med lav baggrund kan fremstilles i et forseglet miljø, ofte til betydelige omkostninger, men ellers er den bedste kilde nedlagte krigsskibe, bygget før Treenighedstesten skabte et glasagtigt ar i den nye verdens jord. Ikke kun er det minimalt radioaktivt, Men det er bemærkelsesværdigt billigt.
men mens stål tjener godt til alle slags partikelfysiske eksperimenter, hersker bly højest i søgen efter mørkt stof.
mørkt stof udgør 83 procent af alle ting i universet. Det gør det klart værd at studere, men forskere kan i øjeblikket ikke opdage det. I deres forfølgelse af dette ubelejligt undvigende stof har de bygget ALLE slags eksperimenter, der forsøger at enten direkte opdage det eller bruge tilstedeværelsen af andre partikler til at demonstrere dets eksistens. Mange af disse eksperimenter, fra den planlagte SuperCDMS SNOLAB i Ontario, Canada, til den up-and-running familie af detektorer inden for Canfranc Underground Laboratory i Pyrenæerne, er bygget dybt under jorden—hvor overfladestråling ikke kan komme igennem og forstyrre deres detektorer.
Læs: en debat om formen på det usynlige univers
at være følsomme sjæle har disse detektorer stadig brug for afskærmning fra deres omgivelser og miljøet. Hvert mørkt stof eksperiment har en anden tolerance for baggrundsstråling. For at bestemme det, “bygger du i det væsentlige en virtuel detektor” for at se, hvilke afskærmningsmaterialer der kan være bedst, siger Duffy.
nogle gange er en vandtank eller noget plastik nok til at stoppe partikler som neutroner ved et uheld at ramme detektoren, forklarer Ghag. Men blokering af gammastråler til nogle eksperimentelle opsætninger kan kræve kobber eller bly.
sunket, gammel bly er ideel, ikke kun fordi dens ustabile bly-210-isotop stort set ville være henfaldet gennem århundrederne til stabil bly-206; havet har også afskærmet det fra kosmiske stråler, som kan kickstarte et materiales radioaktivitet. Calaprice, der hjalp med at designe komponenter i flere eksperimenter med mørkt stof, var efter den spanske føring ud for bredden af ny trøje af disse grunde.
den særlige belastning er endnu ikke høstet, men shopping omkring sådanne fund er rutine. Nu og da, forklarer Ghag, “et underjordisk laboratorium vil sige,” Hej, der er en mulighed for at købe en masse gammel bly—hvem er i?”Så bliver det auktioneret, hvis det nedsænkede materiale kan hentes, og der er tilstrækkelig interesse fra forskellige parter.
i farvandene i og omkring Europa findes bly med lav baggrund ofte i sunkne skibe fra oldtidens romertid. Oprindeligt smedet til mønter, byggematerialer, og krigsvåben, det er nu uddybet og solgt til, blandt andre, partikelfysikere.
nogle arkæologer har åbent spekuleret på, om det er værd at ofre arkæologiske skattekiste i videnskabens navn. Fra og med 2010 opnåede det kryogene underjordiske observatorium for sjældne begivenheder i Italien hundreder af blystænger til brug for sine eksperimenter, alt sammen i håb om at løse den mangeårige gåde om, hvorfor materie, ikke antimateriale, dominerer universet. Disse ingots kom fra et romersk fartøj ud for Sardiniens kyst, som sank for omkring 2.000 år siden og har betydelig arkæologisk værdi. Hver af dem var indskrevet med frimærker, der afslører deres produktionshistorie. Selvom de fleste af de 1.000 ingots, der blev ekstraheret fra skibet, blev efterladt intakte og stillet til rådighed til undersøgelse på National Archaeological Museum i Cagliari, blev 270 af dem smeltet ned for at blive brugt i fysikeksperimenter.
i 2013 tog Elena Peres-Alvaro, dengang en arkæologisk kandidatstuderende ved University of Birmingham, dette dilemma op. Det gjaldt alle ærværdige skibsvrag under vand, der var rige på materiale med lav baggrund, mange af dem tidskapsler i menneskets historie. Konventionen fra 2001 om beskyttelse af den undersøiske kulturarv er beregnet til at forhindre, at skeletresterne af disse fartøjer plukkes rene. Men, som Peres-Alvaro påpegede, konventionen har en blind plet: selv om det kræver beskyttelse af sunkne steder af kulturarv fra kommerciel genopretning, det siger intet om, hvorvidt de kan reddes til videnskabelig brug.
i 2015 konkluderede hun i et papir, hun var medforfatter til Hitachi Cambridge Laboratory, at ingen kommerciel teknik kan producere den kvalitet af bly, som forskere har brug for til eksperimenter med mørkt stof. Redning af gammel bly er derfor det værd, efter forskernes opfattelse, men anmodninger bør omhyggeligt analyseres fra sag til sag for at se, om fysikere virkelig har brug for bly i stedet for f.eks.
” vi skal have regler; vi er nødt til at have grænser,” understregede Peres-Alvaro, nu administrerende direktør for Licit Cultural Heritage. “Det er ikke bare skrot folk kan grave op.”Indtil videre har ingen af de institutioner, der kunne pålægge sådanne regler, taget opgaven op, siger han.
selvom der opstår en rådgivende ramme for erhvervelse og brug af gammelt bly og andre materialer med lav baggrund, regulerer det ikke nødvendigvis deres udvinding.
i de senere år er krigsskibe fra Anden Verdenskrig forsvundet ud for kysterne i Malaysia, Indonesien og Singapore, ulovligt revet fra hinanden af bjærgningsdykkere. Mange af disse skibe var krigsgrave, der indeholdt hundreder af lig. Det er muligt, at nogle af disse dykkere muligvis har søgt efter stål med lav baggrund. Købere ønsker måske ikke at bruge uetisk fremskaffet materiale med lav baggrund, men når de modtager det, har de muligvis ingen måde at fastslå dets herkomst.
skønt ikke nær så moralsk frastødende som plyndrede krigsgrave, kan oprindelsen af bly fra kulturelt betydningsfulde gamle skibsvrag være på samme måde tilsløret. “Jeg gætter ofte, vi er bare ligeglad med at kontrollere det,” siger Ghag. “Det er, hvad det er. Vi er mere bekymrede over omkostningerne.”
forklarer, at romerne producerede omkring 88.000 tons bly hvert år, og mange eksperimenter kræver kun en lille brøkdel af dette. Forskere, siger han, er også i stigende grad opmærksomme på og følsomme over for de etiske dilemmaer omkring udvinding af materialer med lav baggrund.
Læs: det sidste store arktiske skibsvrag
partikelfysikere bør holde kulturarven og oprindelsen af deres materialer foran sindet, siger Duffy. Men han understreger, at materiale med lav baggrund “bestemt behandles” som en dyrebar ressource og ikke bruges uden overvejelse.
den virkelige fare kommer fra den blomstrende mikroelektronikindustri. Mikrochips, der findes i hver enkelt computer og smartphone, har tendens til at have brug for blykomponenter med lav baggrund. Selvom industrien kunne bruge nyproduceret bly, siger han, producenter valgte ofte gammel bly, fordi det er en størrelsesorden billigere. “Dette er den applikation, der bekymrer mig mest, fordi det er en kommerciel applikation,” siger han. “Det er ikke en ansøgning til gavn for menneskeheden.”
men med omhyggelig overvejelse kan partikelfysikere finde en etisk-praktisk balance. At jagte mystisk mørkt stof kan føles som en Sisyphean virksomhed lige indtil det øjeblik, vi finder det. Men hvis og når vi gør det, vil en sådan opdagelse revolutionere vores fremtid—og det er svært at forestille sig, at mange mennesker argumenterer for, at det ikke var umagen værd at ofre et segment af fortiden i sin forfølgelse.
