I fisici delle particelle hanno scoperto un grande, vuoto nascosto nella piramide di Cheope, la più grande piramide di Giza, Egitto - costruito tra il 2600 e il 2500 aC. La scoperta, pubblicato in Natura , è stato realizzato utilizzando l'imaging basato sui raggi cosmici e potrebbe aiutare gli scienziati a capire come sia stata effettivamente costruita l'enigmatica piramide.

La tecnologia funziona tracciando particelle chiamate muoni. Sono molto simili agli elettroni – hanno la stessa carica e una proprietà quantistica chiamata spin – ma sono 207 volte più pesanti. Questa differenza di massa è piuttosto importante poiché si scopre che determina come queste particelle interagiscono quando colpiscono la materia.

Gli elettroni altamente energetici emettono radiazioni elettromagnetiche, come i raggi X, quando colpiscono la materia solida, facendo loro perdere energia e rimanere bloccati nel materiale bersaglio. A causa della massa molto più elevata del muone, questa emissione di radiazione elettromagnetica è soppressa di un fattore 207 al quadrato rispetto agli elettroni. Di conseguenza, i muoni non vengono fermati così rapidamente da nessun materiale, sono altamente penetranti.

I muoni sono comunemente prodotti nei raggi cosmici. L'atmosfera superiore della Terra è costantemente bombardata da particelle cariche provenienti dal sole ma anche da fonti esterne al nostro sistema solare. Sono questi ultimi che forniscono i raggi cosmici più energetici che possono produrre muoni e altre particelle in una catena di reazioni.

Poiché i muoni hanno una vita media relativamente lunga e sono piuttosto stabili, sono le particelle più numerose viste dai raggi cosmici a livello del suolo. E anche se si perde molta energia per strada, si verificano muoni con energie molto elevate.

Fare scienza con i muoni

Le particelle sono abbastanza facili da rilevare. Producono una sottile scia di "ionizzazione" lungo il percorso che intraprendono, il che significa che eliminano gli elettroni dagli atomi, lasciando gli atomi carichi. Questo è abbastanza utile, consentendo agli scienziati che utilizzano diversi rivelatori di seguire il percorso del muone fino alla sua origine. Anche, se c'è molto materiale sulla via del muone, può perdere tutta la sua energia e fermarsi nel materiale e decadere (diviso in altre particelle) prima di essere rilevato.

Queste proprietà rendono i muoni ottimi candidati per acquisire immagini di oggetti che altrimenti sarebbero impenetrabili o impossibili da osservare. Proprio come le ossa producono un'ombra su una pellicola fotografica esposta ai raggi X, un oggetto pesante e denso con un numero atomico elevato produrrà un'ombra o una riduzione del numero di muoni che possono passare attraverso quell'oggetto.

La prima volta che i muoni furono usati in questo modo fu nel 1955, quando E. P. George misurò il sovraccarico di roccia sopra un tunnel confrontando il flusso di muoni all'esterno e all'interno di detto tunnel. Il primo tentativo noto di prendere un "muogramma" deliberato è avvenuto nel 1970 quando Luis W. Alvarez ha cercato caverne estese nella seconda piramide di Giza, ma non ne ho trovati.

Nell'ultimo decennio o giù di lì, La tomografia a muoni ha subito un nuovo impulso. Nel 2007, una collaborazione giapponese ha preso un muogramma del cratere del vulcano Mt Asama per studiarne la struttura interna.

Le scansioni di muoni vengono utilizzate anche per indagare sui resti del reattore di Fukushima. Nel Regno Unito, l'Università di Sheffield propone di utilizzare le misurazioni del flusso di muoni per monitorare i siti di stoccaggio del carbonio.

Esplorando Khufu

Il modo più semplice per usare i muoni per studiare oggetti di grandi dimensioni come una piramide è cercare le differenze nel flusso di muoni che lo attraversa. Una piramide solida lascerebbe un'ombra o una riduzione del numero di muoni in quella direzione. Se c'è un grande vuoto vuoto all'interno della piramide, il flusso di muoni aumenterebbe nella direzione di quel vuoto. Maggiore è la differenza tra "solido" e "vuoto", più facile diventa.

Tutto quello che devi fare è sederti da qualche parte vicino al suolo, guarda un po' in alto dall'orizzonte verso la piramide e conta il numero di muoni provenienti da ogni direzione. Poiché i muoni cosmici devono essere in qualche modo energetici per passare attraverso un'intera piramide e poiché i nostri "occhi" rivelatori sono relativamente piccoli, dobbiamo stare seduti lì e contare per un bel po', tipicamente diversi mesi per contare un numero sufficiente di muoni. Allo stesso modo in cui abbiamo due occhi per ottenere un'immagine 3D del mondo nel nostro cervello, vogliamo due "occhi" rivelatori separati per ottenere un'immagine 3-D del vuoto all'interno della piramide.

La cosa interessante dell'approccio di questo team è che hanno scelto tre diverse tecnologie di rilevamento per indagare sulla piramide. La prima è un po' antiquata ma offre una risoluzione suprema dell'immagine risultante:lastre fotografiche che vengono annerite dalla ionizzazione. Questi sono stati lasciati per mesi all'interno di una delle camere conosciute della piramide e analizzati in Giappone dopo che l'acquisizione dei dati era terminata.

Per il secondo metodo sono stati impiegati "scintillatori" di plastica che producono un lampo di luce quando una particella carica li attraversa. Questi tipi di rivelatori sono usati in diversi esperimenti moderni sui neutrini.

E infine camere piene di gas, dove è possibile monitorare la ionizzazione causata dalle particelle cariche, erano usati per guardare direttamente lungo la direzione della caverna appena scoperta.

Il segnale elettronico di quei rilevatori è stato richiamato direttamente a Parigi tramite un collegamento dati 3G. Ovviamente una piramide con tre caverne conosciute e una grande galleria vuota all'interno è un oggetto un po' complesso da prendere in considerazione (mostra solo luce e buio). Molto spesso queste immagini devono essere paragonate a una simulazione al computer dei muoni cosmici e della piramide nota, con verruche e tutto. In questo caso, un'attenta analisi delle immagini dei tre rivelatori e la simulazione al computer hanno portato alla scoperta di un vuoto lungo 30 metri, fino ad ora sconosciuto, all'interno della Grande Piramide di Giza. Che grande successo per un nuovo toolkit.

La tecnica ora può aiutarci a studiare la forma dettagliata di questo vuoto. Anche se non sappiamo nulla del ruolo della struttura, i progetti di ricerca che coinvolgono scienziati di altre origini potrebbero basarsi su questo studio per aiutarci a scoprire di più sulla sua funzione.

È fantastico vedere come la fisica delle particelle all'avanguardia può aiutarci a far luce sulla più antica cultura umana. Forse stiamo assistendo all'inizio di una rivoluzione nella scienza, rendendola veramente interdisciplinare.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.