în 2017, Chamkaur Ghag, fizician la University College London, a primit un e-mail de la un coleg din Spania cu o ofertă tentantă. Cu un an înainte, un profesor emerit la Universitatea Princeton, Frank Calaprice, aflase despre vechile nave spaniole care se scufundaseră în largul coastei New Jersey în urmă cu 400 sau 500 de ani, în timp ce transportau o încărcătură de plumb. Calaprice a obținut câteva mostre din acest plumb și l-a trimis în Spania, unde un laborator îngropat în Pirinei i-a testat radioactivitatea. Era scăzut: exact ceea ce spera Aldo Ianni, directorul de atunci al Laboratorului subteran Canfranc. Acum, plumbul scufundat era oferit oricărui laborator de fizică dispus să plătească 20 de euro pe kilogram—un preț destul de ridicat—pentru el.
plumbul este extras și rafinat în întreaga lume, dar acel plumb vechi de secole, așezat într-un naufragiu, are o calitate rară. După ce a stat adânc sub apă încă înainte de nașterea Statelor Unite ale Americii, radioactivitatea sa naturală s-a degradat până la un punct în care nu mai scuipă particule. Pentru fizicienii particulelor, asta o face extrem de valoroasă.
„este un fel de praf de aur”, spune Ghag.
uitați de plutoniu: o mulțime de obiecte de zi cu zi, de la ceramică și sticlă la metale și banane, sunt radioactive, în grade diferite. În cazul în care particulele din dezintegrarea lor ar lovi detectoarele experimentelor de fizică a particulelor, acestea ar putea oferi oamenilor de știință fals pozitive și ar săpa gropi pe drumul descoperirii științifice. Chiar și experimentele în sine, construite din tot felul de metale, au componente ușor radioactive.
Read: când televizoarele erau radioactive
doar câțiva centimetri de plumb pot proteja detectoarele de toate tipurile de radiații necinstite, iar una dintre cele mai bune modalități de a bloca particulele nedorite și nedorite este să le înconjoare cu plumb care în sine este abia radioactiv. Cea mai bună sursă de astfel de plumb se întâmplă să fie navele scufundate, dintre care unele au fost cadavre în apropierea apelor de coastă timp de două milenii.
mai multe povești
experimentele de fizică a particulelor caută cele mai fundamentale blocuri de construcție ale cosmosului, inclusiv materia întunecată, o substanță încă nevăzută care acționează ca lipici în interiorul și între galaxii. Prin urmare, această pistă antică ajută omenirea să descopere secretele universului-dar obținerea ei prezintă adesea incertitudini practice și etice.
plumbul naufragiat aparține unei clase de articole cunoscute sub numele de materiale cu fond scăzut, care au niveluri foarte scăzute de radioactivitate intrinsecă. Nu există un standard convenit pentru ceea ce constituie un material de fond scăzut, dar, pe baza sensibilității la radiația de fond a unui experiment, este clar ce nivel este necesar, spune Alan Duffy, astrofizician la Universitatea de tehnologie Swinburne. „Dacă construiți un contor Geiger, aveți nevoie ca contorul Geiger să nu se ridice singur”, spune el.
ia oțel: Este un scut excelent împotriva pătrunderii particulelor vagabond—atât de mult încât Fermilab, un laborator de fizică a particulelor și accelerator din Illinois, a folosit tone din acesta în ultimele decenii pentru a-și proteja propriile experimente, spune Valerie Higgins, istoricul și Arhivistul Fermilab. Acest oțel provenea frecvent de la nave de război dezafectate, dintre care multe existau în timpul sau au servit în Al Doilea Război Mondial sau războiul coreean, inclusiv Astoria, Roanoke, viespe, Marea Filipinelor, si Baltimore.
momentul acestor conflicte contează. La 5:29 A. M. la 16 iulie 1945, prima detonare a dispozitivului nuclear a avut loc în deșertul jornada del Muerto, în New Mexico. Era atomică începuse și, cu fiecare minge de foc nucleară ulterioară, mai multe căderi radioactive au fost stropite peste lume.
în timpul Războiului Rece, acea contaminare atmosferică radioactivă a fost aspirată fără efort în furnale atunci când a fost fabricat oțelul, spune Duffy. Acest lucru a infuzat produsul final cu radiații, făcându-l nepotrivit pentru multe experimente de fizică.
tratatele de interzicere a testelor înseamnă că lumea este mai puțin radioactivă artificial astăzi, dar este încă suficient de radioactivă pentru ca particulele să se strecoare în oțel. Oțelul cu fundal scăzut poate fi fabricat într-un mediu sigilat, adesea la un cost considerabil, dar altfel cea mai bună sursă este navele de război dezafectate, construite înainte ca testul Trinity să creeze o cicatrice sticloasă pe pământul New Mexico. Nu numai că este radioactiv minim, dar este remarcabil de ieftin.
cu toate acestea, în timp ce oțelul servește bine pentru toate tipurile de experimente de fizică a particulelor, plumbul domnește suprem în căutarea materiei întunecate.
materia întunecată reprezintă 83% din toate lucrurile din univers. Acest lucru face în mod clar că merită studiat, dar oamenii de știință nu îl pot detecta în prezent. În căutarea acestei substanțe incomode, au construit tot felul de experimente încercând fie să o detecteze direct, fie să folosească prezența altor particule pentru a-i demonstra existența. Multe dintre aceste experimente, de la SuperCDMS snolab planificat în Ontario, Canada, până la familia de detectoare în funcțiune din cadrul Laboratorului subteran Canfranc din Pirinei, sunt construite adânc în subteran-unde radiațiile de suprafață nu pot trece și interfera cu detectoarele lor.
Read: o dezbatere asupra formei universului invizibil
fiind suflete sensibile, acești detectori au încă nevoie de protecție împotriva mediului înconjurător și a mediului înconjurător. Fiecare experiment de materie întunecată are o toleranță diferită pentru radiațiile de fond. Pentru a-l determina, „construiți în esență un detector virtual” pentru a vedea ce materiale de protecție ar putea fi cele mai bune, spune Duffy.
uneori, un rezervor de apă sau ceva plastic este suficient pentru a opri particulele precum neutronii să lovească accidental detectorul, explică Ghag. Dar blocarea razelor gamma pentru unele configurații experimentale poate necesita cupru sau plumb.
plumbul antic scufundat este ideal, nu doar pentru că izotopul său instabil de plumb-210 s-ar fi descompus în mare măsură de-a lungul secolelor în plumb-206 stabil; Marea a protejat-o, de asemenea, de razele cosmice, care pot declanșa radioactivitatea unui material. Calaprice, care a ajutat la proiectarea componentelor mai multor experimente cu materie întunecată, a fost după acel plumb spaniol de pe țărmurile New Jersey din aceste motive.
acea încărcătură specială nu a fost încă recoltată, dar cumpărăturile în jurul unor astfel de descoperiri sunt de rutină. Din când în când, explică Ghag, „un laborator subteran va spune:” Hei, există o oportunitate de a cumpăra o încărcătură de plumb antic—cine este înăuntru?”Apoi este scos la licitație, dacă materialul scufundat poate fi recuperat și există un interes suficient din partea diferitelor părți.
în apele din și din jurul Europei, plumbul de fond scăzut este adesea găsit în navele scufundate din epoca romană antică. Forjat inițial în monede, materiale de construcție și arme de război, acum este dragat și vândut, printre altele, Fizicienilor de particule.
unii arheologi s-au întrebat deschis dacă merită sacrificat tezaurele arheologice în numele științei. Începând din 2010, de exemplu, Observatorul subteran criogenic pentru evenimente Rare din Italia a obținut sute de lingouri de plumb pentru a le folosi pentru experimentele sale, toate în speranța de a rezolva enigma de lungă durată a motivului pentru care materia, nu antimateria, domină universul. Aceste lingouri provin de la o navă romană în largul coastei Sardiniei, care s-a scufundat în urmă cu aproximativ 2.000 de ani și are o valoare arheologică considerabilă. Fiecare dintre ele a fost inscripționată cu ștampile care dezvăluie istoria lor de fabricație. Deși majoritatea celor 1.000 de lingouri extrase de pe navă au fost lăsate intacte și puse la dispoziție pentru studiu la Muzeul Național de Arheologie din Cagliari, 270 dintre ele au fost topite pentru a fi utilizate în experimente de fizică.
în 2013, Elena Perez-Alvaro, pe atunci studentă la arheologie la Universitatea din Birmingham, a preluat această dilemă. S-a aplicat tuturor venerabilelor naufragii subacvatice bogate în materiale cu fundal scăzut, multe dintre ele capsule de timp ale istoriei umane. Convenția din 2001 privind protecția patrimoniului cultural subacvatic este menită să împiedice curățarea rămășițelor scheletice ale acestor nave. Dar, după cum a subliniat Perez-Alvaro, Convenția are un punct orb: deși cere protecția siturilor scufundate ale patrimoniului cultural de recuperarea comercială, nu spune nimic despre dacă acestea pot fi salvate pentru uz științific.
în 2015, într-o lucrare pe care a scris-o împreună cu Fernando Gonzalez-Zalba de la Laboratorul Hitachi Cambridge, Perez-Alvaro a concluzionat că nicio tehnică comercială nu poate produce calitatea plumbului de care oamenii de știință au nevoie pentru experimentele cu materie întunecată. Salvarea plumbului antic, prin urmare, merită, în opinia cercetătorilor, dar cererile ar trebui analizate cu atenție de la caz la caz pentru a vedea dacă fizicienii au nevoie într-adevăr de plumb în loc de, să zicem, plastic sau oțel.
„trebuie să avem reguli; trebuie să avem limite”, a subliniat Perez-Alvaro, acum directorul general al Patrimoniului Cultural Licit. „Nu este doar resturi de oameni pot săpa.”Până în prezent, însă, niciuna dintre instituțiile care ar putea impune astfel de reglementări nu și-a asumat sarcina, spune Gonzalez-Zalba.
chiar dacă apare un cadru consultativ pentru achiziționarea și utilizarea plumbului antic și a altor materiale cu fond redus, acesta nu va reglementa neapărat extracția lor.
în ultimii ani, navele de război din cel de-al Doilea Război Mondial au dispărut în largul coastelor Malaeziei, Indoneziei și Singapore, rupte ilegal de scafandri de salvare. Multe dintre aceste nave erau morminte de război, conținând sute de cadavre. Este posibil ca unii dintre acești scafandri să fi căutat Oțel cu fundal scăzut. Este posibil ca cumpărătorii să nu dorească să utilizeze materiale cu conținut scăzut de origine neetică, dar până când îl primesc, este posibil să nu aibă nicio modalitate de a-și stabili proveniența.
deși nici pe departe la fel de respingătoare din punct de vedere moral ca mormintele de război percheziționate, originile plumbului din naufragiile antice semnificative din punct de vedere cultural pot fi în mod similar umbrite. „Cred că de multe ori, pur și simplu nu ne pasă suficient pentru a verifica acest lucru”, spune Ghag. „Este ceea ce este. Suntem mai preocupați de costuri.”
Gonzalez-Zalba explică faptul că romanii au produs aproximativ 88.000 de tone de plumb în fiecare an, iar multe experimente necesită doar o mică parte din aceasta. Oamenii de știință, spune el, sunt, de asemenea, din ce în ce mai conștienți și sensibili la dilemele etice legate de extracția materialelor cu fond redus.
Citește: ultimul mare naufragiu Arctic
fizicienii particulelor ar trebui să păstreze moștenirea culturală și originile materialelor lor în fața minții, spune Duffy. Dar el subliniază că materialul cu fundal redus este” cu siguranță tratat ” ca o resursă prețioasă și nu este utilizat fără a lua în considerare.
pericolul real, suspectează Gonzalez-Zalba, provine din industria microelectronică în plină expansiune. Microcipurile, găsite în fiecare computer și smartphone, tind să aibă nevoie de componente de plumb cu fundal scăzut. Deși industria ar putea folosi plumbul nou produs, spune el, producătorii au ales adesea plumbul antic, deoarece este un ordin de mărime mai ieftin. „Aceasta este aplicația care mă îngrijorează cel mai mult, pentru că este o aplicație comercială”, spune Gonzalez-Zalba. „Nu este o aplicație în beneficiul omenirii.”
dar, cu o analiză atentă, fizicienii particulelor pot atinge un echilibru etico-practic. Urmărirea materiei întunecate misterioase se poate simți ca o întreprindere Sisifă până în momentul în care o găsim. Dar dacă și când o vom face, o astfel de descoperire ne va revoluționa viitorul—și este greu de imaginat că mulți oameni argumentează că sacrificarea unui segment al trecutului în urmărirea sa nu a meritat.
