Как физика помогает понять, что внутри пирамиды

Внутри Великой египетской пирамиды в Гизе находится ещё не изученная полость. Чтобы «нащупать» её очертания, учёные проследили путь крошечных субатомных частиц, называемых мюонами.

Пирамида Хеопса в Гизе

Эти частицы, образовавшиеся за пределами атмосферы Земли, устремляются к её поверхности и проникают сквозь различные препятствия, в том числе и пирамиду. Путь этих частиц и препятствия, с которыми они сталкиваются, запечатлены на чувствительных детекторах внутри и вокруг пирамиды. Исследование выявило присутствие потайной камеры, о которой было объявлено ещё в 2017 году.

Это открытие побудило физиков использовать мюоны для исследования других археологических структур, а некоторые исследователи используют технику, получившую название «мюография», для составления карт строения подземных и подводных вулканов.

Одно из первых применений этой техники произошло в 1960-х годах, когда американский физик и Нобелевский лауреат Луис Альварес и его коллеги искали потайные камеры в пирамиде Хефрена в Гизе – меньшей соседке Великой пирамиды. Детекторы не обнаружили скрытых помещений, но наглядно показали, что методика работает.

Для реализации эксперимента потребовалось время, т. к. детекторы мюонов той эпохи были громоздкими и лучше всего работали в хорошо контролируемых лабораторных условиях. Чтобы улавливать мюоны вне лабораторий, команда Альвареса использовала детекторы, называемые «искровыми камерами». Искровые камеры заполнены газом и металлическими пластинами, находящимися под высоким напряжением, так что проходящие через них заряженные частицы создают следы искр. Сейчас, благодаря достижениям в области физики, искровые камеры в значительной степени изменились в более лёгкую и компактную сторону.

«Сегодня мы можем делать очень компактные и очень прочные детекторы», — говорит физик-ядерщик Эдмундо Гарсия-Солис из Чикагского государственного университета. Эти детекторы разработаны для работы за пределами контролируемых лабораторий.

Один тип детектора изготовлен из пластика, содержащего сцинтиллятор, который испускает свет, когда через него проходит мюон или другая заряженная частица. Затем свет улавливается и измеряется электроникой. В 2022 году физики планируют использовать эти детекторы, чтобы ещё раз заглянуть в пирамиду Хефрена. Об этом сообщил физик-ядерщик Ричард Кузес из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Ричленде (штат Вашингтон, США) в феврале в журнале Journal for Advanced Instrumentation in Science. «Достаточно компактный, чтобы поместиться в два больших переносных чемодана, детектор можно перенести в пирамиду, а затем работать с ним с ноутбука, вот и всё», — говорит Кузес.

Учёные разместили три разных типа мюонных детекторов внутри и вокруг Великой пирамиды, чтобы составить карту плотности материалов, из которых она построена, и найти потайные камеры

Другой, не требующий особых условий работы тип детектора, называемый плёнкой ядерной эмульсии, сыграл решающую роль в обнаружении пустот в Великой пирамиде в 2017 году. Ядерные эмульсии фиксируют следы частиц на фотоплёнке особого типа. Детекторы оставляют на определённое время, а затем возвращают в лабораторию для анализа отпечатанных на них следов.

Физик элементарных частиц Кунихиро Моришима из Университета Нагоя в Японии помог обнаружить потайную камеру, работая над международным проектом под названием ScanPyramids.

«Ядерные эмульсии лёгкие, компактные и не требуют наличия источника питания», — объясняет он. Несколько детекторов можно разместить в наиболее удобных местах: в одной из комнат пирамиды, в Камере царицы и в небольшой нише рядом с ней. Детекторные измерения были дополнены пластиковыми сцинтилляционными детекторами внутри Камеры царицы и газовыми детекторами вне пирамиды.

Детекторы ядерной эмульсии достаточно компактны, чтобы их можно было установить в небольшой нише рядом с Камерой царицы в Великой пирамиде

дополнительные измерения. Команда разместила детекторы в 20 местах в пирамиде. Используя новый набор инструментов, исследователи определили, что длина пустоты составляет более 40 метров. Её назначение до сих пор неизвестно.

Другая группа исследователей планирует более обширное исследование Великой пирамиды с размещением гораздо более крупных детекторов за её пределами. Детекторы будут периодически перемещаться для измерения мюонов под разными углами. Об этом сообщила команда 6 марта в Journal for Advanced Instrumentation in Science. Результат, по словам соавтора и физика элементарных частиц Алана Бросса из лаборатории Фермилаб в Батавии (Иллинойс, США), позволит составить трёхмерную модель того, что находится внутри пирамиды.

Пирамиды в других частях мира также подлежат тщательному изучению с помощью мюографии. Гарсия-Солис и его коллеги в настоящее время планируют сделать мюографию пирамиды майя, известной как Эль-Кастильо, в Чичен-Ице в Мексике. Морисима и его коллеги также планируют работу над пирамидами майя.

Пирамида майя Эль-Кастильо в Чичен-Ице (Мексика)

Учёные надеются, что такие исследования помогут выявить новые камеры/пустоты или особенности строения, невидимые с помощью других методов «заглядывания внутрь объектов».

«Ультразвук, георадар или рентгеновские лучи, например, могут проникать только на небольшое расстояние от поверхности, а мюоны дают более углублённую картину в изучении пирамид», — объясняет Бросс.

_____________________________________________________________

Источник:

A.D. Bross et al. Tomographic Muon Imaging of the Great Pyramid of Giza. Journal for Advanced Instrumentation in Science. Vol. 2022, March 6, 2022, p. 280. doi: 10.31526/jais.2022.280.

Источник