A részecskefizikusok nagy, rejtett üreget találtak a Khufu piramisban, az egyiptomi gíza legnagyobb piramisában, Kr. E. 2600 és 2500 között építve. A természetben felfedezett felfedezést kozmikus sugaras képalkotó módszerrel készítették, és ez segíthet a tudósoknak kitalálni, hogyan épült a rejtélyes piramis.
Technológiájuk a muonoknak nevezett részecskék követésén alapszik. Nagyon hasonlítanak az elektronokhoz - ugyanolyan töltéssel és kvantum tulajdonsággal, amit spinnek hívnak -, ám 207-szer nehezebb. Ez a tömegkülönbség azért fontos, mert meghatározza, hogy ezek a részecskék hogyan hatnak egymásra, amikor ütköznek az anyaggal.
A nagy energiájú elektronok olyan elektromágneses sugárzást bocsátanak ki, mint például a röntgen, amikor egy szilárd anyaggal ütköznek, és ezzel energiát veszítenek és beragadhatnak benne. Mivel a muon tömege sokkal nagyobb, az elektromágneses sugárzás kibocsátását 207-szer csökkentik az elektronokhoz képest. Ezért a muonok nem állnak le olyan gyorsan, ha bármely anyaggal ütköznek - tökéletesen átszúrják azt.
A muonok általában kozmikus sugarakban születnek. A Föld felső légkörét folyamatosan bombázzák a napból és a Naprendszerünkön kívüli egyéb forrásokból származó töltött részecskék. Ez utóbbi biztosítja a nagy energiájú kozmikus sugarakat, amelyek müonokat és más részecskéket képezhetnek a reakció láncában.
Mivel a muonok élettartama viszonylag hosszú és meglehetősen stabil, a talaj szintjén látható kozmikus sugarakban a legelterjedtebb részecskék. És bár sok energiát veszítünk az út során, néha nagyon magas energiaindexű muonokat figyelünk meg.
Holdok a tudomány szolgálatában
Promóciós videó:
Ezeket a részecskéket meglehetősen könnyű felismerni. Vékony "ionizációs" nyomot hagynak az útjukban - azaz az elektronokat kiütik az atomokból, és az atomok töltöttek maradnak. Ez nagyon kényelmes: a tudósok több detektor segítségével nyomon követhetik a muon útját a származási forrásig. Sőt, ha sok anyag van egy muon útján, akkor az energiáját elveszti, az anyagba elakadhat és elbomlik (más részecskékre bontva), mielőtt közvetlenül felismerné.
Ezek a tulajdonságok kiváló jelöltekké teszik a muonokat olyan objektumok fényképezésére, amelyek általában átlátszatlanok vagy átlátszatlanok a szokásos megfigyelési módszereinkhez képest. Csakúgy, mint a csontok árnyékot hagynak a fotofilmen, amikor röntgen sugarakat érnek el, a nagy atomszámú nehéz és sűrű tárgy árnyékot hoz létre, vagy csökkenti a tárgyon áthaladó muonok számát.
A muonokat ilyen módon használták fel 1955-ben, amikor E. P. George megmérte a sziklák túlterhelését az alagút felett, összehasonlítva a muonok fluxusát azon belül és belül. A „muogram” elõállításának elsõ ismert kísérlete 1970-ben történt, amikor Luis Alvarez kitágult barlangokat keresett a gíza második piramisában, de egyiket sem talált.
Az elmúlt tíz évben a muon-tomográfia második szél lett. 2007-ben a japánok készítettek egy muogramot az Asama vulkánkrátról, hogy megvizsgálják annak belső felépítését.
Muon letapogatással is megvizsgálták a Fukushima reaktor maradványait.
Khufu felfedezése
Egy nagy tárgy, például egy piramis tanulmányozása a muonok segítségével a legegyszerűbb módszer, ha megvizsgálja a rajta áthaladó muon-fluxus különbségeit. Egy szilárd piramis árnyékot fog hagyni, vagy csökkenti az rajta áthaladó muonok számát. Ha egy nagy üreg van a piramisban, akkor a muon fluxus ezen üresség mentén növekszik. Minél nagyobb a különbség a „szilárd” és a „üreges” között, annál könnyebb megtalálni.
Csak annyit kell tennie, hogy leül valahol a közelben, nézz fel egy kicsit a láthatáron a piramis felé és számolja meg az összes irányból származó muonok számát. Mivel a kozmikus muonoknak energikusnak kell lenniük ahhoz, hogy áthaladjanak egy teljes piramison, és mivel a "szemünk" viszonylag kicsi, némileg ülnünk kell és számolnunk kell, általában több hónapig, hogy elegendő muont számoljunk. Ugyanúgy, ahogy két szemmel készítjük a fejünkben a háromdimenziós képet a világról, két különálló „szem” -detektorra van szükségünk, hogy háromdimenziós képet kapjunk a piramis belsejében lévő üregről.
A csapat megközelítése érdekes, hogy három különböző detektor technológiát választottak a piramis feltárására. Az első kissé régimódi, de a kapott kép nagyobb felbontását kínálja: az ionizációtól feketévé vált fotólapok. Több hónapra hagyták őket az egyik híres piramiskamrában, és az adatgyűjtés után Japánban elemezték őket.
A második módszer olyan műanyag "szcintillátorokat" használt, amelyek fényvakukat generálnak, amikor egy töltött részecske áthalad rajtuk. Az ilyen típusú detektorokat számos modern neutrino kísérletben használják.
Végül a gázzal töltött kamrákat, amelyekben a töltött részecskék által okozott ionizáció ellenőrizhetők, az újonnan felfedezett üregek közvetlen megfigyelésére használtuk.
Ezen detektorok elektronikus jelét közvetlenül a Párizsba továbbították 3G-n keresztül. Természetesen egy három ismert üreggel és egy hatalmas üres galériával ellátott piramis meglehetősen bonyolult tárgy a muogram számára (csak fehér és fekete mutat). Ezért ezeket a képeket gyakran párhuzamosan kell összehasonlítani a kozmikus muonok és a vizsgált piramis számítógépes szimulációival. A három detektorból származó képek gondos elemzése és a számítógépes modell egy 30 méteres üreget tárt fel, amely eddig ismeretlen maradt a gíza nagy piramisában. Csodálatos siker az új eszközkészlet számára.
Most ez a módszer segít megnézni az üresség részletes alakját. Noha semmit sem tudunk ennek a struktúrának a szerepéről, más tudományágak tudósát bevonó kutatási projektek új kutatásokon alapulhatnak. Nagyszerű látni, hogy az élvonalbeli részecskefizika hogyan segít megvilágítani a legrégebbi emberi kultúrát.
Ilya Khel