Kosmische Strahlung enthüllt verborgene Grabkammer

Mit kosmischen Strahlen die Vergangenheit aufdecken.

Die antike Nekropole von Neapolis liegt etwa 33 Fuß unter dem heutigen Neapel, Italien. Die Ruinen befinden sich in einem dicht besiedelten Stadtviertel, was die sorgfältige Durchführung archäologischer Ausgrabungen zu einer Herausforderung macht. Mithilfe einer bildgebenden Technik, die kosmische Strahlung nutzt, die Muographie oder Myonentomographie genannt wird, hat ein Team von Wissenschaftlern kürzlich eine zuvor verborgene unterirdische Grabkammer entdeckt.

Der Einsatz von Myonen zur Untersuchung archäologischer Stätten ist eine Praxis, die bis in die 1950er Jahre zurückreicht, als ein Ingenieur namens EP George damit Messungen an einem australischen Tunnel durchführte. Am bemerkenswertesten ist vielleicht die Verwendung der Myonenbildgebung durch den mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Physiker Luis Alvarez, der sich mit ägyptischen Archäologen zusammentat und diese Methode nutzte, um nach versteckten Kammern in der Chephren-Pyramide in Gizeh zu suchen. Obwohl die Myonen-Bildgebungstechnik funktionierte, wurden keine verborgenen Kammern entdeckt. Jahre später wurde jedoch mit derselben Bildgebungstechnik ein mysteriöser Hohlraum in einem anderen Bereich der Pyramide entdeckt.

Myon-Bildgebung wurde auch zur Suche nach illegal transportiertem Kernmaterial an Grenzübergängen, zur Überwachung aktiver Vulkane zur Erkennung von Ausbrüchen und zur Suche nach versteckten Maya-Ruinen in Belize eingesetzt. Es gibt viele Variationen der Myonenbildgebung, aber sie umfassen typischerweise gasgefüllte Kammern. Während sich Myonen durch das Gas bewegen, kollidieren sie mit den Gasteilchen und senden einen deutlichen Lichtblitz aus, der von einem Detektor aufgezeichnet wird. Dadurch können Wissenschaftler die Energie und Flugbahn des Teilchens berechnen.

Dieser Prozess ähnelt dem Röntgen oder dem Bodenradar, aber da die Myonenteilchen eine hohe Energie haben, ist es dadurch besser möglich, dicke, dichte Substanzen wie die Steine ​​abzubilden, die zum Bau vieler alter Bauwerke verwendet wurden. Je dichter das abgebildete Objekt ist, desto mehr Myonen werden blockiert, was einen deutlichen Schatten wirft. Dadurch können verborgene Kammern und Strukturen im endgültigen Bild sichtbar werden, da sie weniger Partikel blockieren.

Neapolis war eine Stadt, die reich an vulkanischem Tuffgestein war, das sie weich genug machte, um Gotteshäuser, Gräber und Wohnhöhlen zu schaffen. Die Nekropole wurde vom späten vierten Jahrhundert v. Chr. bis zum frühen ersten Jahrhundert n. Chr. einst für Bestattungen genutzt. Im Laufe der Zeit wurde das Gebiet durch Sedimente von Naturkatastrophen begraben. Obwohl die genaue Größe des Bauwerks nicht bekannt ist, könnte es möglicherweise Dutzende von Gräbern beherbergen, darunter vier Gräber, die im späten 19. Jahrhundert entdeckt wurden.

Forscher der Universität Neapel Federico II, des Nationalen Instituts für Kernphysik in Neapel und der Universität Nagoya in Japan gingen davon aus, dass die Muographie es ihnen möglicherweise ermöglichen könnte, einige der verborgenen Strukturen zu sehen.

„Aufgrund ihrer nicht-invasiven Natur eignet sich diese Technik besonders für städtische Umgebungen, in denen der Einsatz aktiver Inspektionsmethoden wie seismischer Wellen oder Bohrlöcher nicht denkbar ist“, schreiben die Autoren.

Die in der Studie verwendeten Detektoren basieren auf Kernemulsionsdetektoren, die kompakt sind und keine externe Stromversorgung benötigen. Die Kernemulsionstechnologie erfreute sich bei der Erforschung der kosmischen Strahlung großer Beliebtheit und führte zur Entdeckung des Pi-Mesons und der Paritätsverletzung bei K-Mesonen.

Die Forscher hinter der Studie verwendeten zwei Detektormodule mit jeweils einem Stapel von vier Emulsionsfilmen. Die Filme wurden in einem Umschlag versiegelt, um Licht und Feuchtigkeit zu kontrollieren, und vor der Entwicklung in einem unterirdischen Keller gelagert. Zum Vergleich verwendeten sie auch ein 3D-Laserscanning-Raummodell der zugänglichen unterirdischen Strukturen.

Der Überschuss einer unerwarteten Anzahl von Myonen liefert Hinweise auf eine neue unterirdische Struktur. Darüber hinaus lieferte die Muographie genügend Informationen, um die Größe und Position der Struktur abzuschätzen. Das unbekannte Bauwerk misst 6,5 mal 11,5 Fuß und die Autoren der Studie haben die Theorie aufgestellt, dass es aus dem späten vierten oder frühen dritten Jahrhundert v. Chr. stammen könnte.