Kosmische stralen onthullen oude grafkamer verborgen onder Napels – Ars Technica

De ruïnes van de oude necropolis van Neapolis liggen ongeveer 10 meter (ongeveer 33 voet) onder de stad Napels, Italië. Maar de site ligt in een dichtbevolkt stedelijk gebied, waardoor het moeilijk is om nauwkeurige archeologische opgravingen uit te voeren naar die ruïnes. Dus wendde een team van wetenschappers zich tot kosmische straling voor hulp – met name een beeldvormingstechniek die radiografie wordt genoemd, of Muon-tomografieEn er werd een grafkamer ontdekt die voorheen ondergronds verborgen was, volgens A Het laatste papier Gepubliceerd in wetenschappelijke rapporten.

Zoals we meldden, is er een lange geschiedenis van het gebruik van muonen in Afbeelding van archeologische structurenHet proces wordt gemakkelijker gemaakt omdat kosmische straling zorgt voor een constante aanvoer van deze deeltjes. Een ingenieur genaamd EP George gebruikte ze om metingen te doen aan een Australische tunnel in de jaren vijftig. Maar de Nobelprijswinnende natuurkundige Luis Alvarez zette muonbeeldvorming op de kaart toen hij samen met Egyptische archeologen de techniek gebruikte om te zoeken naar verborgen kamers in de piramide van Chefren in Gizeh. Hoewel het in principe werkte, vonden ze geen verborgen kamers.

Muon wordt ook gebruikt Chase illegaal verplaatst Nucleair materiaal bij grensovergangen en monitoring van actieve vulkanen, in de hoop te detecteren wanneer ze zouden kunnen uitbarsten. In 2008 werkten wetenschappers aan de Universiteit van Texas, Austin, in een poging in de voetsporen van Alvarez te treden door oude muondetectoren te hergebruiken om te zoeken naar mogelijke verborgen Maya-ruïnes in Belize. Natuurkundigen van het Los Alamos National Laboratory hebben draagbare versies van muon-beeldvormingssystemen ontwikkeld om de geheimen van het bouwen van de koepel boven de aarde te ontrafelen. Kathedraal van de Heilige Maria van Venus In Florence, Italië, werd het ontworpen door Filippo Brunelleschi in het begin van de 15e eeuw. De koepel wordt al eeuwenlang geteisterd door scheuren, en beeldvorming met muonen kan natuurbeschermers helpen erachter te komen hoe ze deze kunnen repareren.

In 2016 gebruikten wetenschappers muonbeeldvorming Pak de signalen op Het wijst naar een doorgang verborgen achter de beroemde chevronblokken aan de noordkant van de De Grote Piramide van Gizeh in Egypte. Het volgende jaar ontdekte hetzelfde team een ​​mysterieuze leegte in een ander deel van de piramide, in de overtuiging dat het een verborgen kamer zou kunnen zijn, die later werd geverfd met twee verschillende muon beeldvorming methoden.

Er zijn veel verschillende vormen van muonbeeldvorming, maar ze hebben meestal allemaal betrekking op met gas gevulde kamers. Terwijl muonen door het gas suizen, botsen ze met gasmoleculen en zenden ze een lichtflits uit die de detector registreert, waardoor wetenschappers de energie en het traject van het deeltje kunnen berekenen. Het is vergelijkbaar met röntgenstralen of gronddoordringende radar, behalve dat muonen met hogere energie van nature voorkomen in plaats van röntgenstralen of radiogolven. Deze hoge energie maakt het mogelijk om dichte en dikke materialen in beeld te brengen, zoals de stenen die werden gebruikt om de piramides te bouwen. Hoe dichter het afgebeelde object, hoe meer muonen worden geblokkeerd, die veelbetekenende schaduwen werpen. Verborgen kamers verschijnen in het uiteindelijke beeld omdat ze minder deeltjes blokkeren.

Neapolis was een Hellenistische stad in een bergachtig gebied rijk aan vulkanisch gesteente. Dit maakte het zacht genoeg om graven, gebedshuizen of grotten voor huisvesting uit te hakken. Een van die constructies was de begraafplaats in wat nu het Sanita-district van Napels is, dat werd gebruikt voor begrafenissen van het einde van de vierde eeuw voor Christus tot het begin van de eerste eeuw na Christus. De site is in de loop van de tijd bedolven onder sediment door een reeks natuurrampen, met name overstromingen Lava van Virginie (“Lava van de maagden”). In tegenstelling tot de lava die Pompeii overspoelde, bestond deze “lava” uit modder en rotsblokken die tijdens hevige regenbuien van de heuvels waren afgebroken.

De exacte grootte van de begraafplaats is onbekend, maar waarschijnlijk bevatte het tientallen graven, elk met meerdere lichamen. Vier van dergelijke graven, nu bekend als Ipogeo dei Cristallini, werden aan het einde van de 19e eeuw ontdekt onder het familiehuis di Donato aan de Via Cristallini. (Huidige eigenaren Graven openen voor openbare rondleidingen vorig jaar.) Nadat de aardbeving van 1980 leidde tot een driedimensionale structurele analyse van het gebied, werden nog twee grafkamers ontdekt: Ipogeo dei Togati en Ipogeo dei Melograni.

Deze ontdekkingen wekten de hoop dat er meer verborgen grafkamers zouden worden gevonden. Onderzoekers van de Universiteit van Napels Federico II, het National Institute of Nuclear Physics in Napels en de Universiteit van Nagoya in Japan geloven dat radiografie een ideale manier zou zijn om dit te doen. “Vanwege zijn niet-invasieve karakter is deze techniek bijzonder geschikt voor stedelijke omgevingen waar toepassingen voor actieve inspectiemethoden zoals seismische golven of boorgaten ondenkbaar zijn”, schrijven de auteurs. Ze waren gebaseerd op hun detectoren nucleaire emulsie technologie; Emulsiedetectoren zijn zeer eenvoudig en compact en hebben geen externe stroombron nodig.

De ontwikkeling van de nucleaire emulsie uit radioactief onderzoek in het begin van de 20e eeuw. Natuurkundige Ernest Rutherford begon commerciële fotografische platen te gebruiken om alfastralen op te vangen die werden uitgezonden door verschillende radioactieve materialen, waardoor de platen donkerder werden. Zijn collega, Kinoshita Suikiti, paste de basisbenadering aan door gelatine-emulsiefilms te maken met een hoge concentratie zeer fijne zilverhalogenidekorrels voor detectie van alfadeeltjes. Deze korrels werken als sensoren, die worden geactiveerd wanneer een geladen deeltje door de emulsie gaat en zijn lading verliest. Eenmaal vastgelegd, worden de sporen zichtbaar onder een microscoop nadat de platen zijn ontwikkeld, waardoor wetenschappers hun locatie en oriëntatie kunnen meten.

Nucleaire emulsie was populair bij de studie van kosmische straling, wat leidde tot de ontdekking van pi-meson en pariteitsschending in K-mesonen. Toen krachtigere deeltjesdetectoren en versnellers op het toneel verschenen, raakte nucleaire emulsie buiten gebruik. Het is echter nog steeds nuttig in sommige natuurkundige experimenten (bijv opera en die van CERN FASER-project) evenals medische, biologische en archeologische toepassingen.

De auteurs van de begraafplaatsstudie gebruikten twee reagenseenheden, elk met een stapel van vier emulsiefilms die in een envelop waren verzegeld om licht en vochtigheid te beheersen, en lieten ze van 10 maart tot 7 april in een ondergrondse kluis (ooit gebruikt om hammen te laten rijpen). 2018. Toen de blootstellingsperiode voorbij was, werden de volgende dag emulsies ontwikkeld. Voor vergelijkingsdoeleinden vertrouwden ze op een 3D-laserscanning ruimtelijk model van alle toegankelijke ondergrondse structuren.

De röntgenfoto’s onthulden bewijs (in de vorm van een toename van het verwachte aantal muonen) van een nieuwe ondergrondse structuur, evenals voldoende informatie voor de auteurs om de grootte en locatie van deze structuur te schatten. De structuur komt overeen met een rechthoekige grafkamer, waarschijnlijk gedeeltelijk gevuld met steen en sediment. Het meet 6,5 bij 11,5 voet (2 bij 3,5 meter) en is qua structuur vergelijkbaar met Ipogei dei Togati en Ipogeo dei Melograni. De auteurs geloven dat de grafkamer dateert uit de late vierde / vroege derde eeuw voor Christus en mogelijk de tombe was van een rijke persoon of familie.

DOI: wetenschappelijke rapporten, 2023. 10.1038 / s41598-023-32626-0 (over DOI’s).