Как мы знаем, мир полон загадок и тайн, причем решать их не так уж и просто, более того – не всегда получается. Представляя тайны, на ум сразу приходят пирамиды – эти величественные сооружения до сих пор оставляют множество вопросов без ответов. В том числе и то, что находится внутри них. Поскольку это является культурным наследием – не представляется возможности просто раскопать все и изучить, для этого нужна осторожность. Таким образом, в 1968 году американский физик Луис Уолтер Альварес отправился в выжженную солнцем пустыню Египта с целью обнаружить скрытые камеры внутри одного из величайших сооружений, когда-либо построенных – пирамиды Хафры. Но Альварес вел раскопки не лопатами или кирками. Вместо этого его инструментом стала фундаментальная частица – мюон.

На протяжении многих столетий пирамиды служили гробницами для фараонов и других важных личностей. Однако, несмотря на свое назначение, в большинстве пирамид не было найдено ни одного мумифицированного тела. Это объясняется тем, что пирамиды были часто ограблены в древности.

Что такое мюоны и как они помогут?

Образующиеся в результате взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли, мюоны – похожие на электроны, но примерно в 200 раз тяжелее – сыплются с неба почти со скоростью света, обладая энергией, достаточной для проникновения даже в самые плотные и крупные сооружения.

Мюоны существуют в природе в двух формах: мю-плюс (μ+) и мю-минус (μ-), которые являются античастицами друг друга. Когда мюоны образуются в результате высокоэнергетических ядерных реакций или воздействия космических лучей на атмосферу Земли, они имеют очень короткий средний срок жизни, составляющий всего около 2,2 микросекунды. Это связано с их склонностью к распаду на другие элементарные частицы. Однако мюоны также могут быть созданы искусственно в ускорителях частиц.

Мюоны являются элементарными частицами, которые относятся к классу лептонов. Они являются одной из фундаментальных частиц, из которых состоит Вселенная.

Альварес пришел к выводу, что мюоны, проникающие через пирамиду, подвержены воздействию объектов, с которыми они сталкиваются на своем пути. Мюоны, проходящие через стены известняка, могут быть остановлены, отклонены или столкнуться с детектором, сохраняя только часть своей энергии. Однако мюоны, проникающие через пустые пространства, такие как фараоновская погребальная камера, могут пролететь сквозь них. В связи с этим Альварес установил специальный детектор мюонов у основания пирамиды и начал собирать данные. К сожалению, он не обнаружил ничего необычного.

Однако эти мюоны обладают способностью проникать сквозь землю, воду и множество материалов, которые блокируют другие типы частиц, такие как электроны или протоны. Это делает мюоны ценными для исследования внутреннего состава горных пород, а также обнаружения скрытых полостей в пирамидах или других археологических структурах.

Совершенствование технологии мюонов

На научной конференции Ральф Эрлих, исследователь из Университета Вирджинии, представил новый проект, связанный с использованием «мюонного телескопа» для детального исследования Великой пирамиды Гизы. Эта пирамида, высотой 138 метров, была построена фараоном Хеопсом и является самой высокой на Земле. План состоит в использовании мюонов, обнаруженных в разных точках и направлениях, для создания трехмерной модели пирамиды. Этот процесс напоминает медицинскую компьютерную томографию, где с помощью изображения можно увидеть внутренние структуры тела.

Пирамиды были строительными чудесами своего времени. Для их постройки требовалось огромное количество рабочей силы, а также материалов, таких как камень или глина. Пирамиды Хеопса, например, оцениваются в 2,3 миллиона кубических метров камня.

Идея разработки «мюонного телескопа» принадлежит Алану Броссу, который является руководителем проекта. Он получил вдохновение после своего посещения Великой пирамиды и впечатлился ее грандиозными размерами. После возвращения домой эта мысль не покидала его, и он обратился за помощью к Марку Ленеру, эксперту по пирамидам Гизы из Института изучения древних культур. Вместе они медленно разрабатывали идею использования мюонов для исследования пирамид. После получения необходимого финансирования и формирования команды ученых они приняли решение приступить к работе.

Ученые уже присоединились к исследовательской программе, известной как Mu2e, которая изучает процесс превращения мюонов в электроны, и они планируют использовать аналогичную конструкцию для создания нового телескопа.

При использовании мюонов космических лучей с кинетической энергией от 10 до 200 ГэВ для сканирования пирамиды, ученые ожидают получить оптимальные данные для анализа. Это связано с тем, что мюоны могут быть рассеяны при взаимодействии с крупными атомными ядрами, такими как кальций в известняковых стенах пирамиды. Мюоны с более высокой энергией имеют меньше вероятность рассеяния, в то время как с низкой энергией – часто проходят сквозь структуру пирамиды без взаимодействия.

Телескоп для изучения пирамид

Телескоп будет сконструирован с использованием восьми мюонных детекторов, которые будут установлены внутри двух контейнеров с регулируемой температурой. Эти детекторы будут расположены в форме решетки и будут направлены лицом к Великой пирамиде. Команда планирует разместить обе решетки вблизи пирамиды на протяжении около полутора месяцев, после чего они переместят установку на новое место и повторят процесс. Ожидается, что полное сканирование потребует примерно около двух лет.

Интересно, что некоторые пирамиды имели тайные внутренние комнаты и коридоры.

Данные, полученные с каждого места, будут объединены для создания полной 3D-модели внутренней структуры Великой пирамиды. Возможно, в результате этого процесса будут обнаружены новые структуры внутри пирамиды.

Используя предварительные данные, полученные с помощью мюонной томографии, исследовательская группа убедилась в работоспособности устройства. Некоторые исследователи предполагают, что вторая царская камера может быть расположена в верхней части пирамиды.

Ранее мюоны уже применялись для других целей, например, для обнаружения поврежденных радиоактивных зон в реакторах, и с успехом выполняли свою задачу. Технология мюонной томографии активно поддерживается научным сообществом. Однако отмечается, что развертывание детекторов представляет собой сложную задачу, особенно в условиях сильного солнца и ветра.

Тем не менее исследователи продолжают продвигать проект «Исследование Великой пирамиды», несмотря на финансовые трудности, вызванные пандемией COVID-19. Благодаря успешному доказательству концепции мюонного телескопа, команда готовится к следующим этапам проекта: изготовлению устройства и его развертыванию.