Nel 2017, Chamkaur Ghag, un fisico dell’University College di Londra, ha ricevuto un’e-mail da un collega in Spagna con un’offerta allettante. L’anno prima, un professore emerito dell’Università di Princeton, Frank Calaprice, aveva appreso di vecchie navi spagnole affondate al largo della costa del New Jersey 400 o 500 anni fa, mentre trasportavano un carico di piombo. Calaprice ha ottenuto alcuni campioni di questo piombo e lo ha inviato in Spagna, dove un laboratorio sepolto nei Pirenei ha testato la sua radioattività. Era basso: proprio quello che sperava Aldo Ianni, l’allora direttore del Laboratorio sotterraneo di Canfranc. Ora quel piombo affondato veniva offerto a qualsiasi laboratorio di fisica disposto a pagare 20 euro al chilogrammo—un prezzo abbastanza alto—per questo.
Il piombo è estratto e raffinato in tutto il mondo, ma quel piombo secolare, seduto in un naufragio, ha una qualità rara. Essendo seduto in profondità sott’acqua da prima della nascita degli Stati Uniti d’America, la sua radioattività naturale è decaduta fino al punto in cui non sputa più particelle. Per i fisici delle particelle, questo lo rende eccezionalmente prezioso.
“È un po’ come la polvere d’oro”, dice Ghag.
Dimentica il plutonio: molti oggetti di uso quotidiano, dalla ceramica al vetro ai metalli e alle banane, sono radioattivi, a vari livelli. Se le particelle del loro decadimento colpissero i rivelatori di esperimenti di fisica delle particelle, potrebbero dare agli scienziati falsi positivi e scavare buche sulla strada della scoperta scientifica. Anche gli esperimenti stessi, costruiti con tutti i tipi di metalli, hanno componenti leggermente radioattivi.
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Solo pochi pollici di piombo possono proteggere i rivelatori da tutti i tipi di radiazioni canaglia, e uno dei modi migliori per bloccare subdolo, particelle indesiderate è quello di circondarli con piombo che di per sé è a malapena radioattivo. La migliore fonte di tale piombo si dà il caso che siano navi affondate, alcune delle quali sono state cadaveri vicino alle acque costiere per ben due millenni.
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Gli esperimenti di fisica delle particelle cercano i mattoni fondamentali del cosmo, tra cui la materia oscura, una sostanza ancora invisibile che agisce come colla all’interno e tra le galassie. Questa antica pista, quindi, sta aiutando l’umanità a svelare i segreti dell’universo, ma ottenerla spesso presenta incertezze pratiche ed etiche.
Il piombo naufragato appartiene a una classe di oggetti noti come materiali a basso fondo, che hanno livelli molto bassi di radioattività intrinseca. Non esiste uno standard concordato per ciò che costituisce un materiale a basso sfondo, ma, in base alla sensibilità alla radiazione di fondo di un esperimento, è chiaro quale livello è necessario, afferma Alan Duffy, astrofisico presso la Swinburne University of Technology. “Se stai costruendo un contatore Geiger, è necessario che il contatore Geiger non si raccolga su se stesso”, dice.
Prendere acciaio: È un eccellente scudo dall’intrusione di particelle vagabonde, tanto che Fermilab, un laboratorio di fisica delle particelle e acceleratore in Illinois, ne ha usato tonnellate negli ultimi decenni per proteggere i propri esperimenti, dice Valerie Higgins, storica e archivista di Fermilab. Che l “acciaio spesso proveniva da navi da guerra dismesse, molti dei quali esistevano intorno al tempo di, o servito in, la seconda guerra mondiale o la guerra di Corea, tra cui l” Astoria, il Roanoke, la Vespa, il Mare delle Filippine, e Baltimora.
La tempistica di questi conflitti è importante. Alle 5: 29. il 16 luglio 1945, la prima detonazione di un ordigno nucleare ebbe luogo nel deserto della Jornada del Muerto, nel Nuovo Messico. L’era atomica era iniziata, e con ogni successiva palla di fuoco nucleare, più fallout radioattivo è stato spruzzato in tutto il mondo.
Durante la guerra fredda, quella contaminazione atmosferica radioattiva è stata aspirata senza sforzo negli altiforni quando è stato realizzato l’acciaio, dice Duffy. Questo ha infuso il prodotto finale con radiazioni, rendendolo inadatto per molti esperimenti di fisica.
I trattati di divieto dei test significano che il mondo è meno radioattivo artificialmente oggi, ma è ancora abbastanza radioattivo per le particelle di intrufolarsi nell’acciaio. L’acciaio a basso fondo può essere realizzato in un ambiente sigillato, spesso a costi considerevoli, ma per il resto la fonte migliore è la disattivazione delle navi da guerra, costruite prima che il test Trinity creasse una cicatrice vetrosa nella terra del New Mexico. Non solo è minimamente radioattivo, ma è notevolmente economico.
Eppure, mentre l’acciaio serve bene per tutti i tipi di esperimenti di fisica delle particelle, il piombo regna sovrano nella ricerca della materia oscura.
La materia oscura costituisce l ‘ 83% di tutte le cose dell’universo. Ciò rende chiaramente la pena studiare, ma gli scienziati non possono attualmente rilevarlo. Nella loro ricerca di questa sostanza scomodamente sfuggente, hanno costruito tutti i tipi di esperimenti tentando di rilevarla direttamente o utilizzare la presenza di altre particelle per dimostrare la sua esistenza. Molti di questi esperimenti, dal SuperCDMS SNOLAB previsto in Ontario, Canada, alla famiglia up—and-running di rivelatori all’interno del laboratorio sotterraneo Canfranc nei Pirenei, sono costruiti in profondità nel sottosuolo-dove la radiazione di superficie non può ottenere attraverso e interferire con i loro rivelatori.
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Essendo anime sensibili, quei rivelatori hanno ancora bisogno di essere protetti dall’ambiente circostante e dall’ambiente. Ogni esperimento di materia oscura ha una tolleranza diversa per la radiazione di fondo. Per determinarlo, “essenzialmente costruisci un rilevatore virtuale” per vedere quali materiali di schermatura potrebbero essere i migliori, dice Duffy.
A volte un serbatoio d’acqua o un po ‘ di plastica è sufficiente per impedire a particelle come i neutroni di colpire accidentalmente il rivelatore, spiega Ghag. Ma il blocco dei raggi gamma per alcune configurazioni sperimentali può richiedere rame o piombo.
Il piombo affondato e antico è l’ideale, non solo perché il suo isotopo piombo-210 instabile sarebbe in gran parte decaduto nel corso dei secoli in piombo-206 stabile; il mare lo ha anche protetto dai raggi cosmici, che possono dare il via alla radioattività di un materiale. Calaprice, che ha contribuito a progettare componenti di diversi esperimenti di materia oscura, è stato dopo che il piombo spagnolo al largo delle coste del New Jersey per questi motivi.
Quel particolare carico deve ancora essere raccolto, ma lo shopping intorno a tali reperti è di routine. Ogni tanto, Ghag spiega, “qualche laboratorio sotterraneo dirà,’ Hey, c “è l” opportunità di acquistare un carico di piombo antica—chi c ” è dentro?'”Poi viene messo all’asta, se il materiale sommerso può essere recuperato e c’è sufficiente interesse da varie parti.
Nelle acque in Europa e nei dintorni, il piombo a basso fondo si trova spesso nelle navi affondate dall’antica epoca romana. Originariamente forgiato in monete, materiali da costruzione e armi da guerra, ora è dragato e venduto, tra gli altri, ai fisici delle particelle.
Alcuni archeologi si sono apertamente chiesti se valga la pena sacrificare i tesori archeologici in nome della scienza. A partire dal 2010, ad esempio, l’Osservatorio Criogenico Sotterraneo per gli Eventi Rari in Italia ha ottenuto centinaia di lingotti di piombo da utilizzare per i suoi esperimenti, il tutto nella speranza di risolvere l’antico enigma del perché la materia, non l’antimateria, domina l’universo. Quei lingotti provenivano da una nave romana al largo della costa sarda, affondata circa 2.000 anni fa e di notevole valore archeologico. Ognuno di loro è stato inscritto con francobolli che rivelano la loro storia di produzione. Anche se la maggior parte dei 1.000 lingotti estratti dalla nave sono stati lasciati intatti e messi a disposizione per lo studio presso il Museo Archeologico Nazionale di Cagliari, 270 di loro sono stati fusi per essere utilizzati in esperimenti di fisica.
Nel 2013, Elena Perez-Alvaro, allora studentessa di archeologia all’Università di Birmingham, ha affrontato questo dilemma. Si applicava a tutti i venerabili relitti sottomarini ricchi di materiale a basso sfondo, molti dei quali capsule del tempo della storia umana. La Convenzione del 2001 sulla protezione del patrimonio culturale sottomarino ha lo scopo di impedire che i resti scheletrici di queste navi vengano prelevati puliti. Ma, come ha sottolineato Perez-Alvaro, la convenzione ha un punto cieco: sebbene richieda la protezione dei siti sommersi del patrimonio culturale dal recupero commerciale, non dice nulla sul fatto che possano essere recuperati per uso scientifico.
Nel 2015, in un articolo che ha co-scritto con Fernando Gonzalez-Zalba del laboratorio Hitachi Cambridge, Perez-Alvaro ha concluso che nessuna tecnica commerciale può produrre la qualità del piombo di cui gli scienziati hanno bisogno per esperimenti sulla materia oscura. Il recupero del piombo antico, quindi, vale la pena, secondo i ricercatori, ma le richieste dovrebbero essere attentamente analizzate caso per caso per vedere se i fisici hanno davvero bisogno di piombo invece di, ad esempio, plastica o acciaio.
” Dobbiamo avere delle regole; dobbiamo avere dei confini”, ha sottolineato Perez-Alvaro, ora amministratore delegato di Licit Cultural Heritage. “Non è solo rottami persone possono scavare.”Finora, però, nessuna delle istituzioni che potrebbero imporre tali regolamenti ha assunto il compito, dice Gonzalez-Zalba.
Anche se emerge un quadro consultivo per l’acquisizione e l’uso di piombo antico e altri materiali a basso background, non ne regolerà necessariamente l’estrazione.
Negli ultimi anni, le navi da guerra della seconda guerra mondiale sono scomparse al largo delle coste di Malesia, Indonesia e Singapore, illegalmente squarciate dai sommozzatori di salvataggio. Molte di queste navi erano tombe di guerra, contenenti centinaia di cadaveri. È possibile che alcuni di questi subacquei stiano cercando acciaio a basso fondo. Gli acquirenti potrebbero non voler utilizzare materiale a basso background non etico, ma nel momento in cui lo ricevono, potrebbero non avere modo di accertarne la provenienza.
Sebbene non sia affatto moralmente ripugnante come le tombe di guerra razziate, le origini del piombo da relitti antichi culturalmente significativi possono essere offuscate in modo simile. “Immagino che spesso, non ci preoccupiamo abbastanza per verificarlo”, dice Ghag. “È quello che è. Siamo più preoccupati per il costo.”
Gonzalez-Zalba spiega che i Romani producevano circa 88.000 tonnellate di piombo ogni anno, e molti esperimenti richiedono solo una piccola frazione di questo. Gli scienziati, dice, sono anche sempre più consapevoli e sensibili ai dilemmi etici che circondano l’estrazione di materiali a basso sfondo.
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I fisici delle particelle dovrebbero mantenere il patrimonio culturale e le origini dei loro materiali davanti alla mente, dice Duffy. Ma sottolinea che il materiale di basso background è “certamente trattato” come una risorsa preziosa e non usato senza considerazione.
Il vero pericolo, sospetta Gonzalez-Zalba, proviene dal settore in forte espansione della microelettronica. I microchip, presenti in ogni singolo computer e smartphone, tendono ad avere bisogno di componenti di piombo a basso background. Anche se l’industria potrebbe utilizzare piombo di nuova produzione, dice, i produttori spesso scelto piombo antico perché è un ordine di grandezza più conveniente. “Questa è l’applicazione che mi preoccupa di più, perché è un’applicazione commerciale”, dice Gonzalez-Zalba. “Non è un’applicazione a beneficio dell’umanità.”
Ma con un’attenta considerazione, i fisici delle particelle possono trovare un equilibrio etico-pratico. Inseguire la misteriosa materia oscura può sembrare un’impresa di Sisifo fino al momento in cui la troviamo. Ma se e quando lo faremo, una tale scoperta rivoluzionerà il nostro futuro—ed è difficile immaginare che molte persone sostengano che sacrificare un segmento del passato nella sua ricerca non valesse la pena.
