w 2017 roku Chamkaur Ghag, fizyk z University College London, otrzymał e-mail od kolegi z Hiszpanii z kuszącą ofertą. Rok wcześniej Emerytowany profesor Uniwersytetu Princeton, Frank Calaprice, dowiedział się o starych hiszpańskich statkach, które zatonęły u wybrzeży New Jersey 400 lub 500 lat temu, przewożąc ładunek ołowiu. Calaprice uzyskał kilka próbek tego ołowiu i wysłał go do Hiszpanii, gdzie laboratorium Zakopane w Pirenejach zbadało jego radioaktywność. Było nisko: na to właśnie liczył Aldo Ianni, ówczesny dyrektor podziemnego laboratorium Canfranc. Teraz, gdy zatopiony ołów był oferowany każdemu laboratorium fizycznemu, które chciało zapłacić 20 euro za kilogram-dość wysoka Cena-za niego.
ołów jest wydobywany i rafinowany na całym świecie, ale ten wielowiekowy ołów, znajdujący się w wraku statku, ma rzadką jakość. Siedząc głęboko pod wodą, zanim narodziły się Stany Zjednoczone Ameryki, jego naturalna radioaktywność rozpadła się do punktu, w którym nie wypluwa już cząstek. Dla fizyków cząstek elementarnych jest to niezwykle cenne.
„to tak jakby złoty pył”
zapomnij o plutonie: wiele przedmiotów codziennego użytku, od ceramiki i szkła po metale i banany, jest radioaktywnych, w różnym stopniu. Gdyby cząstki z ich rozpadu trafiły do detektorów eksperymentów z fizyką cząstek elementarnych, mogłyby dać naukowcom fałszywy alarm i wykopać dziury na drodze do odkryć naukowych. Nawet same eksperymenty, zbudowane z wszelkiego rodzaju metali, mają lekko radioaktywne składniki.
Czytaj: kiedy telewizory były radioaktywne
zaledwie kilka cali ołowiu może chronić detektory przed wszelkiego rodzaju nieuczciwym promieniowaniem, a jednym z najlepszych sposobów na zablokowanie podstępnych, niechcianych cząstek jest otaczanie ich ołowiem, który sam w sobie jest ledwo radioaktywny. Najlepszym źródłem takiego ołowiu tak się składa, że są zatopione statki, z których część znajdowała się w pobliżu wód przybrzeżnych już od dwóch tysiącleci.
więcej historii
eksperymenty z fizyką cząstek elementarnych poszukują najbardziej fundamentalnych elementów kosmosu, w tym ciemnej materii, niewidzialnej jeszcze substancji, która działa jak klej wewnątrz i między galaktykami. Ten starożytny trop pomaga ludzkości odkryć tajemnice wszechświata-ale uzyskanie go często niesie ze sobą praktyczne i etyczne niepewności.
rozbity ołów należy do klasy przedmiotów znanych jako materiały o niskiej zawartości tła, które mają bardzo niski poziom wewnętrznej radioaktywności. Nie ma uzgodnionego standardu dla tego, co stanowi materiał o niskim poziomie tła, ale w oparciu o wrażliwość na promieniowanie tła eksperymentu, jasne jest, jaki poziom jest potrzebny, mówi Alan Duffy, astrofizyk z Swinburne University of Technology. „Jeśli budujesz licznik Geigera, musisz, aby licznik Geigera sam się nie wychwytywał”, mówi.
weź stal: Jest to doskonała osłona przed wtargniętymi cząstkami włóczęgi—tak bardzo, że Fermilab, laboratorium fizyki cząstek i akceleratorów w Illinois, wykorzystało jej tony w ciągu ostatnich kilku dekad do osłony własnych eksperymentów, mówi Valerie Higgins, historyk i archiwista Fermilab. Stal ta często pochodziła z wycofanych ze służby okrętów wojennych, z których wiele istniało w czasie ii Wojny Światowej lub wojny koreańskiej, w tym Astoria, Roanoke, Wasp, Morze Filipińskie i Baltimore.
czas tych konfliktów ma znaczenie. At 5:29 16 lipca 1945 roku na pustyni Jornada del Muerto w Nowym Meksyku miała miejsce pierwsza w historii detonacja z użyciem broni jądrowej. Rozpoczęła się epoka atomowa, a z każdą kolejną kulą ognia nuklearnego na świecie rozsypywano kolejne opady radioaktywne.
podczas Zimnej Wojny, to radioaktywne skażenie atmosferyczne zostało bez wysiłku zasysane do wielkich pieców, gdy wytwarzano stal, mówi Duffy. Dzięki temu produkt końcowy został napromieniowany, przez co nie nadawał się do wielu eksperymentów fizycznych.
traktaty o zakazie testowania oznaczają, że świat jest dziś mniej sztucznie radioaktywny, ale nadal jest wystarczająco radioaktywny, aby cząstki wkradły się do stali. Stal o niskim tle może być wykonana w zamkniętym środowisku, często przy znacznych kosztach, ale poza tym najlepszym źródłem są wycofane okręty wojenne, zbudowane przed testem Trinity, które stworzyły szklistą bliznę na ziemi w Nowym Meksyku. Nie tylko jest minimalnie radioaktywny, ale jest niezwykle tani.
mimo że stal dobrze służy do wszelkiego rodzaju eksperymentów z fizyką cząstek elementarnych, ołów króluje w poszukiwaniu ciemnej materii.
ciemna materia stanowi 83% wszystkich rzeczy we wszechświecie. To wyraźnie sprawia, że warto to studiować, ale naukowcy nie są w stanie tego wykryć. W pogoni za tą niewygodnie nieuchwytną substancją, zbudowali różnego rodzaju eksperymenty próbujące albo bezpośrednio ją wykryć, albo użyć obecności innych cząstek, aby wykazać jej istnienie. Wiele z tych eksperymentów, od planowanych Superkodeksów SNOLAB w Ontario w Kanadzie, do funkcjonującej rodziny detektorów w podziemnym laboratorium Canfranc w Pirenejach, jest budowanych głęboko pod ziemią – gdzie promieniowanie powierzchniowe nie może przedostać się i zakłócać ich detektorów.
Czytaj: debata nad kształtem niewidzialnego wszechświata
będąc wrażliwymi duszami, te detektory nadal potrzebują osłony przed swoim otoczeniem i otoczeniem. Każdy eksperyment ciemnej materii ma inną tolerancję na promieniowanie tła. Aby to określić, „zasadniczo budujesz wirtualny detektor”, aby zobaczyć, jakie materiały ekranujące mogą być najlepsze, mówi Duffy.
czasami wystarczy zbiornik na wodę lub jakiś plastik, aby zapobiec przypadkowemu uderzeniu cząstek takich jak neutrony w detektor, wyjaśnia Ghag. Ale blokowanie promieni gamma w niektórych eksperymentalnych konfiguracjach może wymagać miedzi lub ołowiu.
zatopiony, starożytny ołów jest idealny, nie tylko dlatego, że jego niestabilny izotop ołowiu-210 w dużej mierze rozpadłby się na przestrzeni wieków w stabilny ołów-206; morze chroniło je również przed promieniowaniem kosmicznym, które może wywołać radioaktywność materiału. Calaprice, który pomógł zaprojektować komponenty kilku eksperymentów z ciemną materią, był po tym hiszpańskim ołowiem u wybrzeży New Jersey z tych powodów.
ten konkretny ładunek jeszcze nie został zebrany, ale zakupy wokół takich znalezisk są rutynowe. Od czasu do czasu ghag wyjaśnia: „jakieś podziemne laboratorium powie:” Hej, jest okazja, aby kupić ładunek starożytnego ołowiu—kto jest w środku?””Wtedy zostanie wystawiony na licytację, jeśli zanurzony materiał można odzyskać i jest wystarczające zainteresowanie ze strony różnych stron.
na wodach w Europie i wokół niej, ołów o niskim tle jest często spotykany w zatopionych statkach z czasów starożytnych Rzymian. Pierwotnie wykuty na monety, materiały budowlane i broń wojenną, obecnie jest pogłębiany i sprzedawany m.in. fizykom cząstek elementarnych.
niektórzy archeolodzy otwarcie zastanawiali się, czy warto poświęcać skarby Archeologiczne w imię nauki. Począwszy od 2010 roku, kriogeniczne podziemne Obserwatorium rzadkich zdarzeń we Włoszech uzyskało setki ołowianych sztabek do wykorzystania w swoich eksperymentach, wszystko w nadziei rozwiązania wieloletniej zagadki, dlaczego Materia, a nie antymateria, dominuje we wszechświecie. Te sztabki pochodziły z rzymskiego statku u wybrzeży Sardynii, który zatonął około 2000 lat temu i ma znaczną wartość archeologiczną. Każdy z nich opatrzony był znaczkami, które ujawniają historię ich produkcji. Mimo że większość z 1000 sztabek wydobytych ze statku pozostała nienaruszona i udostępniona do badań w Narodowym Muzeum Archeologicznym w Cagliari, 270 z nich przetopiono w celu wykorzystania w eksperymentach fizycznych.
w 2013 roku Elena Perez-Alvaro, wówczas absolwentka archeologii na Uniwersytecie w Birmingham, podjęła ten dylemat. Dotyczyło to wszystkich czcigodnych podwodnych wraków, bogatych w materiał o niskim poziomie tła, z których wiele było kapsułami czasu w historii ludzkości. Konwencja o ochronie podwodnego Dziedzictwa Kulturowego z 2001 r.ma zapobiegać zbieraniu szczątków szkieletowych tych statków. Ale, jak zauważył Perez-Alvaro, Konwencja ma ślepy punkt: chociaż wymaga ochrony zatopionych miejsc dziedzictwa kulturowego przed komercyjnym odzyskiem, nie mówi nic o tym, czy można je uratować do użytku naukowego.
w 2015 roku, w pracy, której współautorką jest Fernando Gonzalez-Zalba z Hitachi Cambridge Laboratory, Perez-Alvaro doszła do wniosku, że żadna komercyjna technika nie może wytworzyć jakości ołowiu, której naukowcy potrzebują do eksperymentów z ciemną materią. Dlatego też, zdaniem badaczy, odzyskanie starożytnego ołowiu jest tego warte, ale wnioski powinny być dokładnie analizowane w poszczególnych przypadkach, aby sprawdzić, czy fizycy naprawdę potrzebują ołowiu zamiast, powiedzmy, plastiku czy stali.
” musimy mieć zasady; musimy mieć granice-podkreślił Perez-Alvaro, obecnie dyrektor zarządzający Licit Cultural Heritage. „To nie tylko złom ludzie mogą wykopać.- Do tej pory jednak żadna z instytucji, które mogłyby narzucić takie regulacje, nie podjęła się tego zadania-mówi Gonzalez-Zalba.
nawet jeśli pojawią się ramy doradcze dotyczące nabywania i wykorzystywania starożytnego ołowiu i innych materiałów o niskiej zawartości tła, niekoniecznie regulują one ich wydobycie.
w ostatnich latach okręty wojenne z ii Wojny Światowej zniknęły u wybrzeży Malezji, Indonezji i Singapuru, nielegalnie rozerwane przez nurków ratowniczych. Wiele z tych statków było Grobami Wojennymi, zawierającymi setki zwłok. Możliwe, że niektórzy z tych nurków szukali stali o niskim tle. Kupujący mogą nie chcieć używać nieetycznie pozyskiwanego materiału o niskiej zawartości tła, ale zanim go otrzymają, mogą nie mieć możliwości ustalenia jego pochodzenia.
chociaż nigdzie nie jest tak moralnie odrażający jak najazdy na groby wojenne, pochodzenie ołowiu z kulturowo znaczących starożytnych wraków statków może być podobnie zaciemnione. „Myślę, że często, po prostu nie obchodzi nas wystarczająco, aby to sprawdzić,” ghag mówi. „Jest jak jest. Bardziej martwimy się o koszty.”
Gonzalez-Zalba wyjaśnia, że Rzymianie produkowali około 88 000 ton ołowiu rocznie, a wiele eksperymentów wymaga tylko niewielkiej części tego. Naukowcy, jak mówi, są również coraz bardziej świadomi i wrażliwi na dylematy etyczne związane z wydobyciem materiałów o niskiej zawartości tła.
Czytaj: ostatni wielki Arktyczny wrak
fizycy cząstek elementarnych powinni zachować dziedzictwo kulturowe i pochodzenie ich materiałów przed umysłem, mówi Duffy. Podkreśla jednak, że materiał o niskim poziomie tła jest „z pewnością traktowany” jako cenny zasób i nie jest wykorzystywany bez zastanowienia.
prawdziwe niebezpieczeństwo, jak podejrzewa Gonzalez-Zalba, pochodzi z dynamicznie rozwijającego się przemysłu mikroelektronicznego. Mikroczipy, znajdujące się w każdym komputerze i smartfonie, zwykle wymagają elementów ołowianych o niskim poziomie tła. Chociaż przemysł mógł korzystać z nowo produkowanego ołowiu, mówi, producenci często wybierali starożytny ołów, ponieważ jest o rząd wielkości tańszy. „To jest aplikacja, która martwi mnie najbardziej, ponieważ jest to aplikacja komercyjna” -mówi Gonzalez-Zalba. „To nie jest aplikacja dla dobra ludzkości.”
ale przy uważnym rozważeniu fizycy cząstek elementarnych mogą osiągnąć równowagę etyczno-praktyczną. Ściganie tajemniczej ciemnej materii może wydawać się Syzyfowym przedsięwzięciem aż do momentu, w którym ją znajdziemy. Ale jeśli i kiedy to zrobimy, takie odkrycie zrewolucjonizuje naszą przyszłość—i trudno sobie wyobrazić, że wielu ludzi twierdzi, że poświęcenie fragmentu przeszłości w jej dążeniu nie było warte zachodu.
