Fizycy znaleźli się w Wielkiej piramidzie tajemniczą strukturę: w jaki sposób?

Fizyka cząstek znaleźli wielką, ukrytą pustkę w piramidzie Cheopsa, największej piramidy w Gizie, Egipt, zbudowanego między 2600 2500 lat przed naszą erą. Odkrycie, o którym zostało napisane w "Nature", została wykonana z wykorzystaniem wizualizacji na podstawie promieni kosmicznych i może pomóc naukowcom dowiedzieć się, jak faktycznie został zbudowany tajemnicza piramida.

W oparciu o ich technologii leży śledzenie cząstek, zwanych мюонами. Są one bardzo podobne do elektrony — z takim samym ładunkiem i kwantowym właściwość o nazwie spin — ale w 207 razy cięższe. Ta różnica w masie jest bardzo ważny, ponieważ określa, jak cząstki te oddziałują, kiedy zderzają się z materią.

Wysokoenergetycznych elektrony emitują promieniowanie elektromagnetyczne, takie jak promienie rentgenowskie, kiedy zderzają się z twardą substancją — w wyniku czego tracą energię i utknąć w nim. Ponieważ masa elektron stosunek jest znacznie wyższa, emisja promieniowania elektromagnetycznego tłumione w 207 razy w porównaniu z elektronami. Dlatego мюоны nie tak szybko zatrzymują się w kolizji z jakąkolwiek substancją — oni doskonale przebić go na wylot.

Мюоны zazwyczaj rodzą się w promieniach kosmicznych. Górna atmosfera Ziemi stale бомбардируется naładowane cząstki ze słońca i innych źródeł spoza naszego układu Słonecznego. To ostatnie zapewniają wysokoenergetycznych promieniowanie kosmiczne, które mogą generować мюоны i inne cząstki w łańcuchu reakcji.

Ponieważ мюоны mają stosunkowo długi okres życia i dość stabilne, są to najbardziej liczne cząstki w promieniach kosmicznych, eksponowane na poziomie ziemi. I choć po drodze traci się dużo energii, czasami obserwujemy i мюоны z bardzo wysokim jej wskaźnikiem.

Мюоны na służbie nauki

Wykrywać cząstki te dość łatwo. Zostawiają delikatny ślad "jonizacji" na swojej drodze — czyli wybić elektrony z atomów, pozostawiając naładowane atomy. Jest to bardzo wygodne: naukowcy mogą korzystać z kilku detektorów, aby prześledzić drogę elektron stosunek do samego źródła jego pochodzenia. Ponadto, jeśli na drodze elektron stosunek będzie wiele substancji, może stracić całą energię, utknąć w materii i rozpadają się (się rozdzielić na inne cząstki) do bezpośredniego wykrywania.

Te właściwości sprawiają, że мюоны doskonałymi kandydatami do fotografowania obiektów, które, jak zwykle, są nieprzepuszczalne lub непрозрачны do znanych nam metod obserwacji. Podobnie jak kości pozostawiają cień na fotograficznej kliszy, narażonej na działanie promieni rentgenowskich, ciężki i gęsty obiekt z dużym atomowym liczbą tworzy cień, lub zmniejszy ilość мюонов, które mogą przechodzić przez ten obiekt.

Po raz Pierwszy мюоны zostały wykorzystane w związku z tym w 1955 roku, kiedy to E. P. George zmierzył вскрышу skał nad tunelem, porównując strumień мюонов na zewnątrz i wewnątrz niego. Pierwsza znana próba zrobienia "мюограмму" odbyła się w 1970 roku, kiedy to Luis Alvarez szukałem zaawansowane kawerny w drugiej piramidzie w Gizie, ale nie znalazłem ani jednego.

W Ciągu ostatnich dziesięciu lat мюонная tomografia zyskał drugi oddech. W 2007 roku japończycy zrobili мюограмму krateru wulkanu Асама, aby zbadać jego strukturę wewnętrzną.

Мюонные skany były także wykorzystywane do badania szczątków reaktora w Fukushimie.

Bada Chufu

Najprostszy sposób, aby nauczyć się duży obiekt jak piramidy za pomocą мюонов — spojrzeć na różnice w przepływie мюонов, przez niego przechodzi. Mocna piramida pozostawia cień albo zmniejsza liczbę мюонов, przez nią przechodzących. Jeśli w piramidzie będzie wielka pustka, мюонный przepływ wzrośnie w trakcie tej pustki. Im większa różnica między "twarde" i "pusta", tym łatwiej ją znaleźć.

Wszystko, czego potrzebujesz, to usiąść gdzieś w pobliżu, spojrzeć nieco w górę od horyzontu do piramidy i policzyć liczbę мюонов, pochodzących ze wszystkich stron. Ponieważ kosmiczne мюоны powinny być pobudzony, aby przejść przez całą piramidę, a ponieważ nasze "oczy" są stosunkowo niewielkie, będziemy musieli usiąść i policzyć jakiś czas, zazwyczaj kilka miesięcy, aby liczyć na tyle мюонов. Dokładnie tak samo, jak przy pomocy dwóch oczu tworzymy trójwymiarowy obraz świata w swojej głowie, będziemy potrzebować dwóch oddzielnych detektora-"oczy", aby uzyskać trójwymiarowy obraz pustki wewnątrz piramidy.

Ciekawego w podejściu tej drużyny jest to, że wybrali trzy różne technologie detektorów do badania piramidy. Pierwsza z nich jest nieco staroświecki, ale oferuje wyższą rozdzielczość uzyskiwanego obrazu: fotograficzne płyty, które były poczerniałe od jonizacji. Pozostawić na kilka miesięcy w jednej z znanych kamer piramidy i analizowali w Japonii po zebraniu danych.

Dla drugiej metody stosowane plastikowe "сцинтилляторы", które wytwarzają światło lampy błyskowej podczas pokonywania naładowanej cząstki przez nich. Te typy detektorów są używane w wielu nowoczesnych нейтринных eksperymentach.

W Końcu, kamery, wypełnione gazem, w których można kontrolować ионизацию, spowodowane naładowanymi cząstkami, wykorzystywane do tego, aby bezpośrednio wyświetlić nowo rozpoznaną pustkę.

Elektroniczny sygnał tych detektorów przekazany bezpośrednio do Paryża na 3G. Oczywiście, piramida z trzema znanymi zagłębieniami i gigantyczny pusty galerii wewnątrz — dość trudny obiekt dla мюограммы (pokazuje tylko białe i czarne). Dlatego często obrazy te należy porównać zkomputerowym modelowaniem kosmicznych мюонов i studiująca piramidą, równolegle. Dokładna analiza zdjęć wszystkich trzech detektorów i komputerowego modelu wykazała 30-metrową pustkę, która pozostała nieznana do tej pory, w Wielkiej piramidzie w Gizie. Spektakularny sukces nowej instrumentacji.

Teraz ta metoda może pomóc nam poznać szczegółowe kształt tej pustki. Choć nic nie wiemy o roli tej struktury, projekty badawcze z udziałem naukowców z innych dyscyplin mogą brać za podstawę nowe badanie. Miło patrzeć, jak nasza najnowocześniejsza fizyka cząstek pomaga nam rzucać światło na starożytnej ludzką kulturę.