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Kosmische Strahlung enthüllt alte Grabkammer unter Neapel – Ars Technica

Hineinzoomen / Archäologen haben kosmische Strahlung genutzt, um eine geheime unterirdische Grabkammer aus der hellenistischen Zeit in Neapel, etwa im späten 4./frühen 3. Jahrhundert v. Chr., freizulegen. Dies ist eine 3D-Laserscan-Darstellung des unterirdischen Teils des Geländes

Teukoff et al., 2023

Die Ruinen der antiken Nekropole von Neapolis liegen etwa 10 Meter (ca. 33 Fuß) unterhalb der Stadt Neapel, Italien. Allerdings liegt die Stätte in einem dicht besiedelten Stadtgebiet, was es schwierig macht, genaue archäologische Ausgrabungen für diese Ruinen durchzuführen. Deshalb wandte sich ein Team von Wissenschaftlern hilfesuchend an die kosmische Strahlung – insbesondere an eine bildgebende Technik namens Radiographie MyonentomographieUnd eine zuvor unter der Erde verborgene Grabkammer wurde entdeckt, so A Das letzte Papier Veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichte.

Wie wir berichteten, gibt es eine lange Geschichte der Verwendung von Myonen Bild archäologischer StrukturenDer Prozess wird erleichtert, weil kosmische Strahlung für eine stetige Versorgung mit diesen Teilchen sorgt. Ein Ingenieur namens E.P. George nutzte sie in den 1950er Jahren, um Messungen an einem australischen Tunnel vorzunehmen. Doch der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Physiker Luis Alvarez machte die Myonenbildgebung bekannt, als er sich mit ägyptischen Archäologen zusammentat, um mit dieser Technik nach versteckten Kammern in der Chephren-Pyramide in Gizeh zu suchen. Obwohl es im Prinzip funktionierte, fanden sie keine versteckten Räume.

Myon wird ebenfalls verwendet Chase ist illegal umgezogen Nukleares Material an Grenzübergängen und Überwachung aktiver Vulkane, in der Hoffnung, zu erkennen, wann sie ausbrechen könnten. Im Jahr 2008 arbeiteten Wissenschaftler der University of Texas, Austin, der versucht, in die Fußstapfen von Alvarez zu treten und alte Myonendetektoren wiederzuverwenden, um nach möglichen versteckten Maya-Ruinen in Belize zu suchen. Physiker am Los Alamos National Laboratory haben tragbare Versionen von Myonen-Bildgebungssystemen entwickelt, um die Geheimnisse des Baus der Kuppel über der Erde zu lüften. Kathedrale der Heiligen Maria von Venus In Florenz, Italien, wurde es im frühen 15. Jahrhundert von Filippo Brunelleschi entworfen. Die Kuppel ist seit Jahrhunderten von Rissen geplagt, und Myonen-Bildgebung kann Naturschützern dabei helfen, herauszufinden, wie sie repariert werden können.

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Im Jahr 2016 nutzten Wissenschaftler die Myonenbildgebung Nehmen Sie die Signale auf Es weist auf einen Durchgang hin, der hinter den berühmten Chevron-Blöcken an der Nordwand des Flusses verborgen ist Die große Pyramide von Giza in Ägypten. Im folgenden Jahr entdeckte dasselbe Team einen mysteriösen Hohlraum in einem anderen Bereich der Pyramide und glaubte, dass es sich dabei um eine versteckte Kammer handeln könnte, die später mit zwei verschiedenen Farben bemalt wurde Myonenbildgebung Methoden.

Es gibt viele verschiedene Formen der Myonenbildgebung, aber sie alle nutzen meist gasgefüllte Kammern. Wenn Myonen durch das Gas rasen, kollidieren sie mit Gasmolekülen und senden einen Lichtblitz aus, den der Detektor aufzeichnet, sodass Wissenschaftler die Energie und Flugbahn des Teilchens berechnen können. Es ähnelt Röntgenstrahlen oder Bodenradar, außer dass energiereichere Myonen auf natürliche Weise anstelle von Röntgenstrahlen oder Radiowellen vorkommen. Diese hohe Energie ermöglicht die Abbildung dichter und dicker Materialien wie der Steine, aus denen die Pyramiden gebaut wurden. Je dichter das abgebildete Objekt ist, desto mehr Myonen werden blockiert, was verräterische Schatten wirft. Im endgültigen Bild erscheinen versteckte Kammern, da sie weniger Partikel blockieren.

(a) Fragmente griechischer Grabkammern;  (b) Ipogeo dei Melograni;  (c) Der Ipogeo dei Togati;  (d) Eine weitere Kammer, die 1888 vom Archäologen Michele Ruggiero beschrieben wurde.
Hineinzoomen / (a) Fragmente griechischer Grabkammern; (b) Ipogeo dei Melograni; (c) Der Ipogeo dei Togati; (d) Eine weitere Kammer, die 1888 vom Archäologen Michele Ruggiero beschrieben wurde.

Teukoff et al., 2023

Neapolis war eine hellenistische Stadt in einer Bergregion, die reich an Vulkangesteinen war. Dadurch wurde es weich genug, um Gräber, Kultstätten oder Wohnhöhlen auszuarbeiten. Ein solches Bauwerk war der Friedhof im heutigen Stadtteil Sanita in Neapel, der vom späten vierten Jahrhundert v. Chr. bis zum frühen ersten Jahrhundert n. Chr. für Bestattungen genutzt wurde. Der Standort wurde im Laufe der Zeit durch eine Reihe von Naturkatastrophen, insbesondere Überschwemmungen, unter Sedimenten verschüttet Lava de Virginie („Lava der Jungfrauen“). Anders als die Lava, die Pompeji bekanntermaßen verschlang, bestand diese „Lava“ aus Schlamm und Felsbrocken, die bei starken Regenfällen von den Hügeln abgebrochen waren.

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Die genaue Größe des Friedhofs ist unbekannt, aber er enthielt wahrscheinlich Dutzende Gräber mit jeweils mehreren Leichen. Vier solcher Gräber, heute bekannt als Ipogeo dei Cristallini, wurden Ende des 19. Jahrhunderts unter dem Herrenhaus der Familie di Donato in der Via Cristallini entdeckt. (Derzeitige Besitzer Gräber öffnen (für öffentliche Führungen im letzten Jahr.) Nachdem das Erdbeben von 1980 eine dreidimensionale Strukturanalyse des Gebiets veranlasste, wurden zwei weitere Grabkammern entdeckt: Ipogeo dei Togati und Ipogeo dei Melograni.

Diese Entdeckungen weckten die Hoffnung, dass weitere versteckte Grabkammern gefunden würden. Forscher der Universität Neapel Federico II, des Nationalen Instituts für Kernphysik in Neapel und der Universität Nagoya in Japan glauben, dass die Radiographie eine ideale Möglichkeit wäre, dies zu erreichen. „Aufgrund ihrer nicht-invasiven Natur eignet sich diese Technik besonders für städtische Umgebungen, in denen Anwendungen für aktive Inspektionsmethoden wie seismische Wellen oder Bohrlöcher undenkbar sind“, schreiben die Autoren. Sie basierten auf ihren Detektoren Kernemulsion Technologie; Emulsionsdetektoren sind sehr einfach und kompakt und benötigen keine externe Stromquelle.

(a, c) Versuchsaufbau mit Kernemulsionsreagenzien.  (b) Nahaufnahme der Emulsionsblätter.
Hineinzoomen / (a, c) Versuchsaufbau mit Kernemulsionsreagenzien. (b) Nahaufnahme der Emulsionsblätter.

Teukoff et al., 2023

Die Entwicklung der Kernemulsion aus der radioaktiven Forschung im frühen 20. Jahrhundert. Der Physiker Ernest Rutherford begann, kommerzielle Fotoplatten zu verwenden, um die von verschiedenen radioaktiven Materialien emittierten Alphastrahlen einzufangen, die zu einer Verdunkelung der Platten führen. Sein Kollege Kinoshita Suikiti modifizierte den grundlegenden Ansatz und bereitete Gelatineemulsionsfilme mit einer hohen Konzentration sehr feiner Silberhalogenidkörner für die Alpha-Partikel-Detektion vor. Diese Körner fungieren als Sensoren, die ausgelöst werden, wenn ein geladenes Teilchen die Emulsion passiert und seine Ladung verliert. Sobald die Spuren aufgezeichnet sind, werden sie nach der Entwicklung der Platten unter einem Mikroskop sichtbar, sodass Wissenschaftler ihre Position und Ausrichtung messen können.

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Die Kernemulsion war bei der Untersuchung der kosmischen Strahlung beliebt, was zur Entdeckung des Pi-Mesons und der Paritätsverletzung bei K-Mesonen führte. Als leistungsstärkere Teilchendetektoren und -beschleuniger auf den Markt kamen, wurde die Kernemulsion nicht mehr verwendet. Es ist jedoch in einigen physikalischen Experimenten immer noch nützlich (z Oper und CERNs FASER-Projekt) sowie medizinische, biologische und archäologische Anwendungen.

Die Autoren der Friedhofsstudie verwendeten zwei Reagenzieneinheiten, die jeweils einen Stapel von vier Emulsionsfilmen enthielten, die in einem Umschlag versiegelt waren, um Licht und Feuchtigkeit zu kontrollieren, und ließen sie vom 10. März bis 7. April in einem unterirdischen Tresor (gealterter Einwegschinken) zurück. 2018. Nach Ablauf der Belichtungszeit wurden am nächsten Tag die Emulsionen entwickelt. Zu Vergleichszwecken stützten sie sich auf ein 3D-Laserscanning-Raummodell aller zugänglichen unterirdischen Strukturen.

Die Röntgenaufnahmen ergaben Hinweise (in Form eines Anstiegs der erwarteten Myonenzahl) auf eine neue unterirdische Struktur sowie genügend Informationen, damit die Autoren die Größe und Lage dieser Struktur abschätzen konnten. Die Struktur entspricht einer rechteckigen Grabkammer, die wahrscheinlich teilweise mit Gestein und Sediment gefüllt ist. Es misst 6,5 x 11,5 Fuß (2 x 3,5 Meter) und ähnelt in seiner Struktur Ipogei dei Togati und Ipogeo dei Melograni. Die Autoren glauben, dass die Grabkammer aus dem späten vierten/frühen dritten Jahrhundert v. Chr. stammt und möglicherweise das Grab einer wohlhabenden Einzelperson oder Familie war.

DOI: Wissenschaftliche Berichte, 2023. 10.1038 / s41598-023-32626-0 (über DOIs).

Magda Franke

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