Miért fontosak a sötétanyag-kutatóknak a régi hajóroncsok?

Az évszázadok óta a tenger mélyén fekvő ólomszállítmányok elképesztően értékesek a részecskefizikusok számára.

Miért fontosak a sötétanyag-kutatóknak a régi hajóroncsok?

Chamkaur Ghag, a University College London fizikusa 2017-ben érdekes levelet kapott egy spanyol kollégájától. Frank Calaprice, a Princeton nyugalmazott professzora előző évben megtudta, hogy New Jersey partjainál 400–500 évvel ezelőtt számos spanyol ólomszállító hajó süllyedt el, amelyek közül több maradványait is megtalálták. Calaprice-nek sikerült mintákat szereznie az ólomból, és ezeket elküldte Spanyolországba, a Canfranc Földalatti Laboratóriumba. A mérések szerint a minták alacsony szintű radioaktivitással rendelkeztek, amin felbuzdulva a hajókat feltáró szakértők el is kezdett házalni az ólommal:

azt kilogrammonként 20 eurós, igen kedvező áron kínálták a világ fizikalaboratóriumai számára.

A hajókon található ólom ugyanis különleges tulajdonságokkal rendelkezik: mivel több száz éve vastag vízréteg alatt rejtőzik, és természetes radioaktivitása mostanra minimálisra csökkent, vagyis alig termel újfajta részecskéket, a részecskefizikusok számára rendkívüli értékkel bír. A részecskefizikai kísérletek során ugyanis rendkívül fontos, hogy minimális legyen a háttérsugárzás. A kísérletekbe az is erősen bezavarhat, ha olyan ártalmatlannak tűnő hétköznapi tárgyak kerülnek a detektorok közelébe, amelyek természetes radioaktivitással rendelkeznek. Egy nem megfelelően kiválasztott járólap, egy sugárzó üveg- vagy fémalkatrész olyan szintű zajt vagy álpozitív eredményeket okozhat, amelyek lehetetlenné teszik az érdemi észleléseket, például az űrből érkező egyes részecskék detektálását.

Néhány centiméternyi ólom azonban képes árnyékolni a detektorokat az ilyen kósza sugaraktól, főleg akkor, ha az ólom maga alig radioaktív. Az ilyen ólom nyersanyag legjobb forrását pedig meglepő módon az évszázadokkal, olykor évezredekkel ezelőtt elsüllyedt hajók jelentik.

 

Galéria megnyitása
Római ólomkorongok és ólomrúd

Az acél és az atomkor

A részecskefizikusok a kozmosz alapvető építőköveit igyekeznek azonosítani, köztük a rejtélyes sötét anyagot, amelynek létezéséről egyelőre csak közvetett bizonyítékok állnak rendelkezésünkre. Ez az ősi ólom azonban többek közt ezen részecskék észlelését is lehetővé teheti egy napon, megszerzése ugyanakkor gyakran komoly gyakorlati és etikai akadályokba ütközik.

Ahogy már említettük, az elsüllyedt hajóroncsokban található ólom az alacsony háttérsugárzású anyagok közé tartozik. Arról, hogy ennek a kategóriának hol húzódik a határa, nincs egységes konszenzus, de egy-egy kísérlet háttérsugárzásra való érzékenységéből esetileg elég egyértelműen megállapítható, hogy milyen szintű földi sugárzás mellett remélhetnek eredményes méréseket a szakértők, mondja Alan Duffy, a Swinburne Műszaki Egyetem asztrofizikusa.

„Ha például egy Geiger–Müller-számlálót épít az ember, azt nyilvánvalóan olyanra kell csinálni, hogy az eszköz ne a saját radioaktív jeleit mérje”

– folytatja a kutató.

Az acél például a legtöbb esetben kiváló pajzsanyag, olyannyira, hogy az illinoisi Fermilab létesítményeiben annak idején több tonna acéllal vették körbe a detektorokat. Ennek az acélnak a java szintén régi hajókból, főként második világháborús hadihajókból, illetve a koreai háború (1950–1953) során bevetett hajókból származott.

Galéria megnyitása
USS Princeton

A felhasznált hajók kora nem véletlen. 1945. július 16-án Új-Mexikóban elvégezték az első kísérleti atomrobbantást a Földön, aminek nyomán jelentős mennyiségű radioaktív anyag került a légkörbe. Ennek a robbanásnak és a későbbi atomkísérleteknek, illetve atombomba-robbantásoknak köszönhetően szennyeződtek az acélkohók, és a radioaktív részecskék beépültek a készülő acélba.

Az atomkorban készült acél így nagyrészt alkalmatlanná vált a részecskefizikai használatra.

Az atomcsendegyezmények nyomán persze folyamatosan csökken a bolygó felszínének radioaktivitása, de még mindig elég magas ahhoz, hogy a gyártott acél az érzékeny kísérletek árnyékolásához túl szennyezettnek bizonyuljon. Lehetséges persze alacsony háttérsugárzású acélt gyártani, de ehhez izolált környezetre van szükség és a gyártás jóval költségesebb, mint egyébként. A Trinity-tesztrobbantás előtt készült hadihajók viszont remek nyersanyagot jelentenek: alacsony háttérsugárzással rendelkeznek, és meglepően kedvezően hozzájuk lehet jutni.

Kincset érő roncsok

Míg azonban a legtöbb részecskefizikai kísérlethez megfelel ez a különleges acél, a sötét anyag kutatásához az ólom jelenti a legjobb pajzsanyagot. A tudomány jelen álláspontja szerint az univerzum teljes tömegének 83 százaléka sötét anyag, és csak 17 százaléka a látható, normál anyag. A sötét anyagról egyelőre nagyon keveset tudunk, de számtalan jele van annak, hogy létezik. Ennek hiányában például a galaxisok szétesnének, a látható anyag gravitációja ugyanis ezek forgási sebessége mellett nem lenne képes egyben tartani ezeket.

Galéria megnyitása
A CRUORE sötétanyag-detektora

Hogy a sötét anyag milyen részecskékből állhat, azzal kapcsolatban számos teória létezik, és ezek észlelésére a kutatók több különböző detektort is létrehoztak. A detektorok többsége mélyen a föld alatt helyezkedik el, hogy így is védjék a műszereket a felszíni sugárzástól. A detektoroknak azonban ezzel együtt is árnyékolásra van szüksége, az erre szolgáló pajzs anyaga pedig a kísérlet érzékenységétől függ. Egyes esetekben elég egy hatalmas víztartályba helyezni vagy némi műanyaggal körülvenni a detektort, hogy például megakadályozzák a kósza, földi eredetű neutronok zavaró hatását.

A gamma-sugárzás blokkolásához ugyanakkor a legtöbb esetben rézre vagy ólomra van szükség.

És itt jönnek be a képbe a régi kereskedőhajók, amelyek szállítmányában az ólomban természetes körülmények között jelenlevő, instabil ólom-210 nagyrészt már stabil ólom-206-ra bomlott.

Az elsüllyedt hajókat ráadásul vastag vízpajzs védte az elmúlt évszázadokban, így azokat alig érte kozmikus sugárzás, amely további radioaktív folyamatokat indíthatna be. Calaprice, aki több sötétanyag-kísérlet tervezésében részt vett, pontosan ezért indult a New Jersey közelében elsüllyedt spanyol hajóroncsok nyomába.

Bár ezek rakományát még nem termelték ki, a hasonló forrásokból származó ólom árusítás mára szinte mindennapos eseménynek számít. Ahogy Ghag mondja: „Időről időre felbukkan valaki az egyik földalatti laborból azzal, hogy ’Figyeljetek, most lehetne vásárolni egy rakás régi ólmot, kit érdekel az ajánlat?’” Aztán ha van elég érdeklődés a rakományra, és az felhozható a mélyből, azt kitermeli, és valóban eladja az „ólomvásárt” meghirdető fél.

Régészet kontra részecskefizika

Az Európában és a kontinens környékén elsüllyedt ólomszállító hajók java a római korból származik, és az ólom sokszor pénzérmék, építőanyagok vagy fegyverek formájában került a fedélzetre. Így nem csoda, ha régészek időnként hangosan sérelmezik, hogy ezeket a leleteket beolvasztják és újrahasznosítják a részecskefizikusok.

 

Galéria megnyitása

2010-ben például az olasz CUORE laboratórium több száz ólomrudat vásárolt meg, hogy sötét anyaggal kapcsolatos kísérleteik során ezeket pajzsként használják fel. A rudacskák egy Szardínia mellett 2000 évvel ezelőtt elsüllyedt római hajóról származtak, és jelentős régészeti értékkel bírtak. Mindegyiket pecsétekkel látták el, amelyek alapján nyomon követhető volt előállításuk története és a korabeli ólomfeldolgozás menete. És bár a hajón feltárt körülbelül 1000 öntecs nagyobb részét épen hagyták, és cagliari Régészeti Múzeumba vitték elemzésre, 270 rudacskát beolvasztottak, hogy részecskefizikai kísérleteket árnyélkoljanak az ólommal.

Elena Perez-Alvaro, a Birminghami Egyetem doktorandusza 2013-ban kezdett foglalkozni a dilemmával, hogy megéri-e feláldozni a múlt értékeit, ha az tudományos céllal történik. Az eljárás törvényessége ugyanis a hatályos jogszabályok szerint nem kérdéses: bár a 2001-es UNESCO-határozat megtiltja a hajóroncsok kereskedelmi célú kifosztását, arról semmilyen törvény nem rendelkezik, hogy az ilyen lelőhelyeket tudományos célokra ne lehetne felhasználni.

Perez-Alvaro 2015-ös, Fernando Gonzalez-Zalbával közösen írt (Hitachi Cambridge Laboratory) tanulmányában végül arra a következtetésre jutott, hogy

mivel a jelenleg nincs olyan ipari technika, amellyel a sötétanyag-kísérletekhez megfelelő minőségű ólmot lehetne előállítani, a régi hajóroncsok ólomszállítmányának „megcsapolása” megengedhető és megéri az áldozatot, hiszen csak így folytatódhatnak a kutatások.

Azt ugyanakkor a szerző szerint nagyon figyelmesen és eseti alapon kellene elbírálni, hogy egy-egy kísérlethez valóban szükség van-e ilyen ólomra, vagy más is elég lenne árnyékolásra, ahogy azt is, hogy milyen leletek kerülnek feláldozásra a részecskefizika oltárán.

Fosztogatók és osztogatók

Sajnos azonban azóta sincs olyan szervezet, amely átfogóan és érdemben befolyással lenne az ilyen feltárásokra, és ha létezne is ilyen szervezet, a roncsok szétlopását valószínűleg ők sem tudnák megakadályozni.

Az elmúlt években számos második világháborús hadihajó maradványai tűntek el gyakorlatilag nyomtalanul Malajzia, Indonézia és Szingapúr partjainál.

A gyakran több száz ember végső nyughelyéül szolgáló roncsokat búvárok szedték szét, és könnyen lehet, hogy közülük többen célzottan alacsony háttérsugárzású acél után kutattak. A vevők pedig hiába is próbálnának arra figyelni, hogy etikus forrásból származó acélt vegyenek, mire eljut hozzájuk az anyag, általában lehetetlen megállapítani, honnan származott.

 

Galéria megnyitása
A USS Princetonból származó acéllemezek a Fermilab építésekor

Az ólommal hasonló a helyzet, bár ez esetben nem elsősorban a tömegsírok megbolygatása, hanem a kulturális örökség megsemmisítése miatt. Ahogy Ghag mondja, a vevőknek általában nincs energiájuk és módjuk arra, hogy kiderítsék az anyag eredetét, sokkal fontosabb, hogy mennyiért lehet hozzájutni az ólomhoz. Ennek ellenére fizikusi körökben is egyre többen vannak tisztában a régi ólommal kapcsolatos dilemmákkal, és igyekeznek figyelni arra, hogy honnan szerzik be az anyagot.

A rómaiak fénykorukban 88 ezer tonna ólmot állítottak elő évente, és ennek a mennyiségnek egy kis része is elég lenne az összes releváns kísérlet árnyékolásához. Ennek az ólomnak persze csak egy része süllyedt el, és ennek is csak egy kis részét találták meg. Alkalmas ólomból tehát tényleg nincs sok, de okosan, átgondoltan használva lehetne úgy eljárni, hogy a fizikusok és a régészek is elégedettek legyenek.

Duffy szerint a fizikusok oldaláról mindenképp biztató, hogy az alacsony háttérsugárzású anyagokat mindig is értékes erőforrásként kezelték, és igyekeznek ezeket nem pazarolni, és csak akkor használni, ha tényleg szükséges. Gonzalez-Zalba szerint a hajóroncsokra a sötétanyag-kutatóknál sokkal nagyobb veszélyt jelentenek a mikroelektronikai iparág szereplői. A chipekhez ugyanis kis mennyiségben gyakran szintén szükség van alacsony háttérsugárzású ólomra, és bár a gyártók megtehetnék, hogy ezt maguk állítják elő a drágább technikákkal, gyakran ők is inkább a hajóroncsokból vásárolnak, mivel ez sokkal olcsóbb megoldás, ami igen aggasztó tendencia.

Neked ajánljuk

Kiemelt
-{{ product.discountDiff|formatPriceWithCode }}
{{ discountPercent(product) }}
Új
Teszteltük
{{ product.commentCount }}
{{ voucherAdditionalProduct.originalPrice|formatPrice }} Ft
Ajándékutalvány
0% THM
{{ product.displayName }}
nem elérhető
{{ product.originalPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.displayName }}

Tesztek

{{ i }}
{{ totalTranslation }}
Sorrend

Szólj hozzá!

A komment írásához előbb jelentkezz be!
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mondd el, mit gondolsz a cikkről.

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap