Kad 1988. gadā Sardīnijas piekrastē tika atrasts 2000 gadus vecs romiešu kuģa vraks, tas saviļņoja ne tikai arheologus, guess arī fiziķus.
Atklājums īpaši piesaistīja viena cilvēka uzmanību: Etore Fiorini, Itālijas Kodolfizikas institūta (INFN) daļiņu fiziķi.
Viņš pārāk nerūpējās par kuģi. Viņu vairāk interesēja tās krava — simtiem svina stieņu, katrs sver 33 kilogramus.
Un tā vietā, lai tos izstādītu muzejā, viņš plānoja tos izkausēt, lai izveidotu pazemes observatoriju.
Itālijas Kodolfizikas institūts piekrita palīdzēt finansēt atkopšanas ekspedīciju. (Piegādāts: CUORE Collaboration un LNGS/INFN)
Dr Fiorini vērsās pie kultūras mantojuma amatpersonām ar priekšlikumu. INFN palīdzētu finansēt lietņu atgūšanu, ja viņi varētu tos paturēt sev.
Viņš uzskatīja, ka šim senajam svinam var būt būtiska loma Visuma būtības atklāšanā.
Kāpēc fiziķi vēlas seno svinu?
Senais svins ir noderīgs jutīgiem fizikas eksperimentiem, jo tas ir zaudējis radioaktivitāti, kas var sarežģīt novērojumus.
Mēģinot novērot elementārdaļiņas, kas ir mazākie elementi, kas veido realitāti, fiziķiem ir jāapklusina jebkurš fona troksnis.
Reto notikumu kriogēnā pazemes observatorija (CUORE) novēro neitrīnus un var arī meklēt tumšo vielu. (Piegādāts: CUORE Collaboration un LNGS/INFN)
Piemēram, daļiņu detektori bieži tiek turēti dziļi alās pazemē, lai izvairītos no “kosmisko staru” lietusgāzēm.
Tās ir lielas enerģijas daļiņas, kas nāk no kosmosa, un, lai gan tās nav kaitīgas cilvēkiem, tās var izjaukt eksperimentus.
“Katru mūsu dzīves sekundi, katru mūsu ķermeņa centimetru šķērso daļiņa,” Paolo Gorla, INFN fiziķis, saka.
“[Going underground] dod mums kaut kādu kosmisku klusumu.”
Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) ir lielākais pazemes pētniecības centrs pasaulē. (Wikimedia Commons: TQB1/CC BY-SA 4.0)
Detektoram arī jābūt būt pasargātam no radioaktīvā “trokšņa”, kas nāk no pašas alas.
“Cilvēka klātbūtne vai tikai kalna klints vai pat banāns, ko es atnesu ēst pārtraukumā, var traucēt eksperimentu,” saka Dr Gorla.
Svins ir piemērots vairogs pret šo radioaktivitāti, ko var radīt kosmiskie stari vai banāni, jo tas ir īpaši blīvs.
Wager svaigi iegūtajam svinam ir savs radioaktīvais “troksnis”, jo tas dabiski satur nelielu daudzumu nestabilā izotopa svina-210, kas sadaloties atbrīvo enerģiju.
“Tātad es [can] izveidojiet svina vairogu, lai apturētu daļiņas [coming from the cavern]guess pats vairogs rada citas daļiņas, kas traucē eksperimentam,” saka Dr Gorla.
Svina radioaktivitāte pilnībā sadalīsies, veidojot stabilu svinu, kas ir lieliski piemērots izmantošanai kā vairogs, taču tikai pēc dažiem simtiem gadu.
Notiek ielāde…
Tieši tāpēc, saskaņā ar metalurgu Kevinu Lovsu no Jaundienvidvelsas universitātes, fiziķi meklē svinu, kas iegūts Senās Romas laikos.
Tam ir bijis daudz laika, lai kļūtu stabils.
“Taču pastāv diskusijas, ka, izmantojot svinu no tādiem avotiem kā kuģu vraki, mēs iznīcinām vēsturiskus priekšmetus un ierakstus,” saka Dr Legal guidelines.
Cīņa starp pagātni un nākotni
2012. gadā pēc tam, kad zemūdens kultūras mantojuma pētniece Jeļena Peresa-Alvaro uzstājās konferencē, kāds fiziķis viņu atvilka malā.
“Viņa teica:” Eksperimentu veikšanai mēs izmantojam metālu, ko esam atraduši zem ūdens, kādu senu svinu,” saka Dr Peress-Alvaro.
Lai gan dažos gadījumos šis svins tika savākts ētiski, citos tā bija pirkts nelegāli no privātiem uzņēmumiem, kas neievēroja arheoloģiskos standartus.
Notiek ielāde…
“Viss, kas tiek izņemts no ūdens bez pienācīga arheoloģiskā ieraksta, mēs nekad neatgūsim šo informāciju,” viņa saka.
“No kurienes kuģis nāca, uz kurieni tas devās. Šī ir pamatinformācija, lai izprastu pagātni.”
Dr Peress-Alvaro izraisīja asas debates, kad viņa rakstīja referātus, apspriežot vēsturisko artefaktu izmantošanas dilemma fizikas eksperimentiem.
“Tas bija kā karš [between] tie, kas aizstāvēja pagātni, un tie, kas aizstāvēja nākotni,” viņa saka.
Wager pat doktors Peress-Alvaro atzīst, ka ir pamats izmantot seno svinu eksperimentos — pēc tam, kad tas ir pareizi dokumentēts un atgūts.
“Jāņem vērā, ka dažkārt nav lietderīgi, ja muzeja noliktavā ir 1000 lietņu.”
Tumšās vielas meklēšana
Iemesls, kāpēc doktors Fiorini tik ļoti vēlējās dabūt rokās šo nogrimušo romiešu vadu, bija viņa eksperimenta aizsegs, jo tajā tika meklētas grūti nosakāmas parādības, no kurām visnetveramākā ir tumšā viela.
Tiek uzskatīts, ka tumšā viela veido 85 procentus no mūsu Visuma kopējās masas. Tā ir neredzama viela, kas mijiedarbojas ar gaismu, guess mijiedarbojas ar gravitāciju.
Tātad, lai gan mēs to neredzam, mums ir netieši pierādījumi, ka tumšā matērija pastāv. Trīsdesmitajos gados astronomi sāka pamanīt gravitācijas anomālijas, kas liecināja, ka Visumā ir vairāk masas, nekā mēs varētu redzēt.
Šveices-amerikāņu astronoms Frics Cvikijs to sauca par “dunkle materie” jeb tumšo vielu.
Spirālveida galaktika UGC 2885 ir nosaukta ASV astronomes Veras Rubinas vārdā, kura veica svarīgus tumšās vielas novērojumus. (NASA/ESA/B)
Tā bija amerikāņu astronome Vera Rubina, kura 70. gados ar saviem novērojumiem par spirālveida galaktikām ieviesa tumšo vielu.
Kopš tā laika fiziķi ir meklējuši veidus, kā tieši noteikt tumšo vielu. Kamēr viņi to nedara, tas paliek hipotētisks.
“Mēs veicam eksperimentus uz Zemes, meklējot tumšo vielu mijiedarbībai ar parasto vielu,” saka astrodaļiņu fiziķe Terēza Frūta no Sidnejas universitātes.
Dr Fruth ir strādājis pie LUX-ZEPLIN eksperimenta ASV.
Dr Terēza Frūta gatavojas iesaistīties LUX-ZEPLIN eksperimentā Dienviddakotā. (Piegādāts: Sidnejas Universitāte)
Eksperimenta kamera ir pilna ar šķidru ksenonu. Ja tumšās vielas daļiņa saduras ar ksenona atomu, piemēram, saduroties biljarda bumbiņām, detektors uztvers nelielu gaismas zibspuldzi.
Mēs nezinām, vai tumšā viela spēj mijiedarboties ar ksenonu. Ja tā notiek, tas ir reta parādība.
“Mēs iedarbināsim detektoru, kas sver septiņas tonnas [of xenon]uz 1000 dienām, un mēs sagaidām, iespējams, nedaudz notikumu,” saka Dr Frūts.
Lai šīs mijiedarbības varētu novērot, detektoram jābūt labi aizsargātam no ārējā starojuma.
Pētnieki Itālijā cer veikt līdzīgu novērojumu Kriogēnā pazemes observatorija retiem notikumiem (CUORE) zem Gran Sasso kalna.
CUORE eksperiments ir tik jutīgs, ka cilvēku klātbūtne var traucēt tā novērojumus. (Piegādāts: CUORE Collaboration un LNGS/INFN)
CUORE, kas itāļu valodā nozīmē “sirds”, ir eksperiments, ko aizsargā senās Romas svina vairogs.
Lietie savākti ar kultūras mantojuma amatpersonu atļauju un dokumentēti pirms nodošanas INFN 2010. gadā.
Pirms diviem tūkstošiem gadu šis svins būtu izmantots, lai izveidotu akveduktus vai munīciju karavīriem.
Dr Gorla nezaudē vēsturisko nozīmi.
“Kaut kas pārsteidzošs ir tas, ka uzņēmumi, kas ieguva svinu no raktuves, apzīmogoja [their] zīmols virs ķieģeļiem.”
Ķieģeļi tika marķēti latīņu valodā, un šī daļa tika saglabāta arheoloģiskiem nolūkiem. (Piegādāts: CUORE Collaboration un LNGS/INFN)
Šī ķieģeļa daļa tiek nogriezta, pirms atlikušais svins tiek izkusis un veidots vairogā.
Kamēr tika konstruēts vairogs, fiziķi mērīja arī atlikušos piesārņotājus, atklājot svarīgu vēsturisku informāciju.
“Tā bija kā ID karte… tā palīdzēja kultūras mantojuma amatpersonām rekonstruēt, no kuras raktuves Spānijā tika iegūts šis svins,” saka Dr Gorla.
Viņš to sauc par “savstarpēju apmaiņu” starp arheologiem, kuri vēlējās uzzināt vairāk par Senās Romas vēsturi, un fiziķiem, kuri vēlas uzzināt vairāk par Visuma vēsturi.
CUORE eksperiments notiek temperatūrā, kas ir tuvu absolūtajai nullei, kas ir zemākā iespējamā temperatūra. (Piegādāts: CUORE Collaboration un LNGS/INFN)
Saskaņā ar Dr Gorla teikto, CUORE detektors tiek turēts atšķaidīšanas ledusskapjos, kas saglabā eksperimentu “vēsāku nekā kosmoss”.
“Šajā temperatūrā daļiņa, kas iet caur vienu no mūsu detektoriem, var paaugstināt temperatūru pietiekami, lai to varētu izmērīt,” viņš saka.
“Veids, kā mums jāskatās uz daļiņām, atšķiras no tā, kā mēs skatāmies uz lietām ar acīm.“
Visa šī jēga ir atklāt un novērot elementārdaļiņas, kas ir atbildīgas par mūsu Visuma struktūras piešķiršanu.
Zinātnieki, kas pozē ar daļu no senā svina vairoga priekš CUORE. (Piegādāts: CUORE Collaboration un LNGS/INFN)
CUORE sāka novērot 2017. gadā, un sešus gadus vēlāk Dr Fiorini nomira.
Eksperiments, ko viņš aizsargāja ar romiešu svinu, vēl nav veicis nekādus nozīmīgus atklājumus, taču tas drīz tiks jaunināts uz CUPID — kas apzīmē CUORE jaunināšanu ar daļiņu identifikāciju. Vairogs paliks savā vietā.
“Mēs varam viegli pateikt, ka bez vairoga kvalitātes mēs nebūtu varējuši izmērīt tādā līmenī, kādu mēs šobrīd mērām,” saka Dr Gorla.
Austrālija varētu apstiprināt strīdīgo atklājumu
Itālijā zem tā paša Gran Sasso kalna atrodas vēl viena observatorija, kas gadu desmitiem ir bijusi strīdu centrā.
Ne tāpēc, ka tajā tiek izmantots metāls no kuģu vrakiem, guess gan tāpēc, ka 20 gadus tas ir atklājis signālu, kas, pēc komandas domām, varētu būt tumšā viela.
Citas komandas ir mēģinājušas atkārtot eksperimentu, ko sauc par DAMA/LIBRA, ar dažādām metodēm un nav bijuši veiksmīgi.
“Lai vienreiz un uz visiem laikiem pateiktu: “Vai viņi tiešām kaut ko redz?” Mums ir jāizveido detektors, kas ir patiešām līdzīgs,” saka Dr Fruth.
Tāds ir SABRE South detektora mērķis Viktorijas Stavelas zelta raktuvēs, kas ir ceļā, lai sāktu novērojumus 2026. gada sākumā, un, cerams, apstiprinās, vai DAMA/LIBRA signāls ir patiess tumšās vielas kandidāts vai kļūda.
SABRE South darbosies vienu kilometru pazemē Stavelas zelta raktuvēs. (Piegādāts: ARC tumšās vielas daļiņu fizikas izcilības centrs)
“Tā ir tikai šī patiešām lielā problēma… Mēs nezinām, no kā sastāv 85 procenti matērijas mūsu Visumā,” saka Dr Frūts.
“Izpratne par to palīdzēs mums mazliet labāk izprast pasauli, un man patīk domāt, ka varbūt mēs arī mazliet labāk sapratīsim savu vietu tajā.”
klausies’Cīņa starp pagātni un nākotni” Zinātnes šovā. Klausieties Radio Nationwide sestdienās pulksten 12:00, lai klausītos visu programmu vai abonētu to aplāde prātīgākai zinātnei.
