in 2017 kreeg Chamkaur Ghag, een natuurkundige aan het University College London, een e-mail van een collega in Spanje met een verleidelijk aanbod. Een jaar eerder had een emeritus professor aan de Princeton University, Frank Calaprice, kennis genomen van oude Spaanse schepen die 400 of 500 jaar geleden voor de kust van New Jersey waren gezonken, terwijl ze een lading lood droegen. Calaprice verkreeg een paar monsters van dit lood en stuurde het naar Spanje, waar een lab in de Pyreneeën de radioactiviteit ervan testte. Het was laag: precies wat Aldo Ianni, de toenmalige directeur van het ondergrondse laboratorium van Canfranc, hoopte. Nu dat gezonken lood werd aangeboden aan elk natuurkundig laboratorium dat bereid was om 20 euro per kilogram—een vrij hoge prijs—ervoor te betalen.
Lood wordt over de hele wereld gewonnen en geraffineerd, maar dat eeuwenoude lood, dat in een schipbreuk zit, heeft een zeldzame kwaliteit. Na diep onder water te hebben gezeten voordat de Verenigde Staten Van Amerika werd geboren, is zijn natuurlijke radioactiviteit tot een punt vergaan waar het niet langer deeltjes uitspuugt. Voor deeltjesfysici maakt dat het buitengewoon waardevol.
” het is een soort goudstof, ” zegt Ghag.
vergeet plutonium: veel alledaagse voorwerpen, van keramiek en glas tot metalen en bananen, zijn in verschillende mate radioactief. Als de deeltjes van hun verval de detectoren van deeltjesfysica-experimenten raken, kunnen ze wetenschappers valse positieven geven en kuilen graven op weg naar wetenschappelijke ontdekking. Zelfs de experimenten zelf, opgebouwd uit allerlei metalen, hebben licht radioactieve componenten.
lees: wanneer televisies radioactief waren
slechts een paar centimeter lood kan detectoren afschermen tegen allerlei schurkenachtige straling, en een van de beste manieren om stiekem ongewenste deeltjes te blokkeren is om hen te omgeven met lood dat zelf nauwelijks radioactief is. De beste bron van zo ‘ n lood zijn toevallig gezonken schepen, waarvan sommige al twee millennia lang lijken in de buurt van kustwateren zijn geweest.
meer verhalen
deeltjesfysica-experimenten zoeken naar de meest fundamentele bouwstenen van de kosmos, waaronder donkere materie, een nog ongeziene stof die als lijm werkt binnen en tussen sterrenstelsels. Deze oude aanwijzing helpt de mensheid dus de geheimen van het universum te ontsluiten—maar het verkrijgen ervan brengt vaak praktische en ethische onzekerheden met zich mee.
Lood dat schipbreuk lijdt, behoort tot een klasse materialen met een lage achtergrond, die zeer lage niveaus van intrinsieke radioactiviteit hebben. Er is geen overeengekomen standaard voor wat een laag-achtergrond materiaal vormt, maar, gebaseerd op de gevoeligheid voor achtergrondstraling van een experiment, is het duidelijk welk niveau nodig is, zegt Alan Duffy, een astrofysicus aan de Swinburne University of Technology. “Als je een geigerteller bouwt, heb je de Geigerteller nodig om zichzelf niet op te pikken”, zegt hij.
neem staal: Het is een uitstekend schild tegen het binnendringen van vagabonddeeltjes—zozeer zelfs dat Fermilab, een laboratorium voor deeltjesfysica en versneller in Illinois, tonnen ervan heeft gebruikt in de afgelopen decennia om zijn eigen experimenten te beschermen, zegt Valerie Higgins, historicus en archivaris van Fermilab. Dat staal kwam vaak van ontmantelde oorlogsschepen, waarvan vele bestonden rond de tijd van, of dienden in, de Tweede Wereldoorlog of de koreaanse Oorlog, met inbegrip van de Astoria, de Roanoke, de Wasp, de Filippijnse Zee en de Baltimore.
het tijdstip van deze conflicten is van belang. Om 5: 29 A. M. op 16 juli 1945 vond de allereerste nucleaire ontploffing plaats in de jornada del Muerto woestijn, in New Mexico. Het atoomtijdperk was begonnen en met elke volgende nucleaire vuurbal werd er meer radioactieve neerslag over de wereld verspreid.
tijdens de Koude Oorlog werd die radioactieve atmosferische verontreiniging moeiteloos in hoogovens gezogen toen staal werd gemaakt, zegt Duffy. Dit heeft het eindproduct met straling doordrenkt, waardoor het ongeschikt is voor vele natuurkundige experimenten.Door Proefbanverdragen is de wereld tegenwoordig minder kunstmatig radioactief, maar het is nog steeds radioactief genoeg voor deeltjes om staal binnen te sluipen. Laag-achtergrond staal kan worden gemaakt in een afgesloten omgeving, vaak tegen aanzienlijke kosten, maar anders de beste bron is ontmantelde oorlogsschepen, gebouwd voordat de Trinity test creëerde een glazig litteken in de aarde van New Mexico. Het is niet alleen minimaal radioactief, maar ook opmerkelijk goedkoop.Hoewel staal goed dient voor allerlei deeltjesfysische experimenten, heerst lood in de zoektocht naar donkere materie.Donkere materie maakt 83 procent uit van al het materiaal in het heelal. Dat maakt het de moeite waard om te bestuderen, maar wetenschappers kunnen het momenteel niet detecteren. In hun zoektocht naar deze onhandige ongrijpbare substantie, hebben ze allerlei experimenten gebouwd om het direct te detecteren of de aanwezigheid van andere deeltjes te gebruiken om het bestaan ervan aan te tonen. Veel van deze experimenten, van de geplande SUPERCDMS SNOLAB in Ontario, Canada, tot de up-and-running familie van detectoren binnen het Canfranc ondergrondse laboratorium in de Pyreneeën, zijn diep onder de grond gebouwd—waar oppervlaktestraling niet door kan komen en interfereren met hun detectoren.
lees: een debat over de vorm van het onzichtbare universum
omdat deze detectoren gevoelige zielen zijn, moeten ze nog steeds worden afgeschermd van hun omgeving en de omgeving. Elk experiment met donkere materie heeft een andere tolerantie voor achtergrondstraling. Om het te bepalen, “je in wezen bouwen van een virtuele detector” om te zien welke afscherming materialen het beste zou kunnen zijn, Duffy zegt.Soms is een watertank of plastic voldoende om te voorkomen dat deeltjes zoals neutronen per ongeluk de detector raken, legt Ghag uit. Maar voor het blokkeren van gammastralen voor experimentele opstellingen kan koper of lood nodig zijn.
gezonken, oud lood is ideaal, niet alleen omdat zijn onstabiele lood-210 isotoop door de eeuwen heen grotendeels zou zijn vergaan tot stabiel lood-206; de zee heeft het ook afgeschermd van kosmische straling, die de radioactiviteit van een materiaal kan versnellen. Calaprice, die hielp met het ontwerpen van onderdelen van verschillende donkere materie experimenten, was na die Spaanse voorsprong uit de kust van New Jersey om deze redenen.
die specifieke lading moet nog worden geoogst, maar het rondkopen van dergelijke vondsten is routine. Zo nu en dan, legt Ghag uit: “een ondergronds lab zal zeggen: ‘Hé, er is een kans om een lading oude lood te kopen—wie doet er mee?”Dan wordt het geveild, als het ondergedompelde materiaal kan worden opgehaald en er voldoende belangstelling is van verschillende partijen.
in de wateren in en rond Europa wordt low-background lood vaak gevonden in gezonken schepen uit de oud-Romeinse tijd. Oorspronkelijk gesmeed tot Munten, bouwmaterialen en oorlogswapens, wordt het nu opgegraven en verkocht aan onder andere deeltjesfysici.Sommige archeologen hebben zich openlijk afgevraagd of het de moeite waard is om archeologische schatten op te offeren in naam van de wetenschap. Vanaf 2010 bijvoorbeeld, verkreeg het cryogene ondergrondse Observatorium voor zeldzame gebeurtenissen in Italië honderden loodstenen om te gebruiken voor zijn experimenten, allemaal in de hoop het oude raadsel op te lossen waarom materie, niet antimaterie, het universum domineert. Deze ingots kwamen van een Romeins schip voor de kust van Sardinië, dat ongeveer 2000 jaar geleden zonk en een aanzienlijke archeologische waarde heeft. Elk van hen was voorzien van stempels die hun productiegeschiedenis onthullen. Hoewel de meeste van de 1000 blokken uit het schip intact werden gelaten en beschikbaar werden gesteld voor studie aan het Nationaal Archeologisch Museum in Cagliari, werden er 270 omgesmolten om te worden gebruikt voor natuurkundige experimenten.In 2013 nam Elena Perez-Alvaro, toen afgestudeerd archeologie aan de Universiteit van Birmingham, dit dilemma op zich. Het was van toepassing op alle eerbiedwaardige onderwaterschipwrakken rijk aan laag achtergrondmateriaal, velen van hen tijdcapsules van de menselijke geschiedenis. Het Verdrag van 2001 inzake de bescherming van het Cultureel Erfgoed onder water is bedoeld om te voorkomen dat de skeletresten van deze schepen schoon worden geplukt. Maar, zoals Perez-Alvaro al zei, de conventie heeft een blinde vlek: hoewel zij de bescherming van verzonken plaatsen van cultureel erfgoed eist tegen commercieel herstel, zegt zij niets over de vraag of zij voor wetenschappelijk gebruik kunnen worden geborgen.In 2015 concludeerde Perez-Alvaro in een artikel dat ze samen met Fernando Gonzalez-Zalba van het Hitachi Cambridge Laboratory schreef dat geen enkele commerciële techniek de kwaliteit van lood kan produceren die wetenschappers nodig hebben voor experimenten met donkere materie. Het redden van oud lood is daarom de moeite waard, volgens de onderzoekers, maar verzoeken moeten zorgvuldig worden geanalyseerd op een case-by-case basis om te zien of natuurkundigen echt lood nodig hebben in plaats van, Laten we zeggen, plastic of staal.
” we moeten regels hebben; we moeten grenzen hebben, ” benadrukte Perez-Alvaro, nu managing director van Licit Cultural Heritage. “Het is niet alleen schroot mensen kunnen opgraven.”Tot nu toe heeft echter geen van de instellingen die dergelijke regelgeving konden opleggen de taak op zich genomen, zegt Gonzalez-Zalba.
zelfs als er een advieskader ontstaat voor de verwerving en het gebruik van lood uit de oudheid en andere laagachtergrondmaterialen, zal dit niet noodzakelijk de extractie ervan reguleren.In de afgelopen jaren zijn oorlogsschepen uit de Tweede Wereldoorlog verdwenen voor de kusten van Maleisië, Indonesië en Singapore, illegaal uit elkaar gerukt door bergingsduikers. Veel van deze schepen waren oorlogsgraven met honderden lijken. Het is mogelijk dat sommige van die duikers op zoek zijn geweest naar laagachtergrond staal. Kopers willen misschien niet onethisch afkomstig laag achtergrondmateriaal gebruiken, maar tegen de tijd dat ze het ontvangen, hebben ze misschien geen manier om de herkomst ervan vast te stellen.Hoewel lang niet zo moreel weerzinwekkend als plunderende oorlogsgraven, kan de oorsprong van lood uit cultureel belangrijke oude scheepswrakken op dezelfde manier worden verdoezeld. “Ik denk vaak, we gewoon niet genoeg om dat te controleren,” Ghag zegt. “Het is wat het is. We maken ons meer zorgen over de kosten.”
Gonzalez-Zalba legt uit dat de Romeinen ongeveer 88.000 ton lood per jaar produceerden. Wetenschappers, zegt hij, zijn zich ook steeds meer bewust van en gevoelig voor de ethische dilemma ‘ s rond de winning van laag-achtergrond materialen.
Read: the last great Arctic shipwreck
deeltjesfysici moeten het cultureel erfgoed en de oorsprong van hun materialen voor ogen houden, zegt Duffy. Maar hij benadrukt dat low-background Materiaal “zeker wordt behandeld” als een kostbare hulpbron en niet zonder overweging wordt gebruikt.Het echte gevaar, vermoed Gonzalez-Zalba, komt van de bloeiende micro-elektronica-industrie. Microchips, gevonden in elke computer en smartphone, hebben meestal low-background lead componenten nodig. Hoewel de industrie nieuw geproduceerd lood zou kunnen gebruiken, zegt hij, fabrikanten kozen vaak oude lood omdat het een orde van grootte goedkoper. “Dit is de applicatie die me het meest zorgen baart, omdat het een commerciële applicatie is”, zegt Gonzalez-Zalba. “Het is geen toepassing ten behoeve van de mensheid.”
maar met zorgvuldige overweging kunnen deeltjesfysici een ethisch-praktisch evenwicht vinden. Het opsporen van mysterieuze donkere materie kan aanvoelen als een Sisyfische onderneming tot het moment dat we het vinden. Maar als en wanneer we dat doen, zal een dergelijke ontdekking een revolutie teweegbrengen in onze toekomst—en het is moeilijk voor te stellen dat veel mensen beweren dat het opofferen van een segment van het verleden in zijn streven niet de moeite waard was.
