Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2024-10-17 origine:Propulsé
En 1988, à environ 10 kilomètres des côtes de la Sardaigne, en Italie, des plongeurs plongeaient pour retrouver les restes d'une épave. En descendant à 28 mètres de profondeur, ils découvrent soudain les contours d’une épave.
Depuis le début de l’ère de la voile, les mers ont englouti d’innombrables navires. Ces épaves recèlent des trésors et des histoires de différentes époques, et chacune d’entre elles sera d’un grand intérêt pour les archéologues maritimes, car c’est le meilleur indice de leur reconstitution du passé.
En se basant sur la forme des pots en argile du navire, les archéologues ont déterminé qu'il s'agissait d'une ancienne épave romaine. L'ancienne civilisation romaine a plus de 2 000 ans, et le temps et la mer ont détruit la plupart des structures en bois, mais certains outils en pierre et objets métalliques résistants à la corrosion sont encore intacts. Bien qu'il ne soit pas surprenant qu'une ancienne épave romaine ait été découverte sur les fonds marins près de l'Italie, ce navire est spécial, il est beaucoup plus grand et plus solide que la plupart des épaves.
Les archéologues ont découvert la raison pour laquelle le navire était si solide : il était chargé d'un grand nombre de barres de métal, de plus d'un millier de lingots de plomb, soit environ 33 tonnes de métal, soit le plus grand nombre de fouilles d'épaves à l'époque. Pour ces lourds « trésors », les archéologues sont sans doute très surpris ! Curieusement, les physiciens sont tout aussi enthousiastes.
Chacun de ces lingots est à peu près trapézoïdal, mesure 45 centimètres de long et pèse environ 33 kilogrammes. Ils étaient donc encore soigneusement empilés lorsqu'ils ont été découverts.
Le plomb était un métal important dans la Rome antique et était utilisé pour fabriquer des tuyaux, des pièces de monnaie, des armes ou des structures. Bien que la destination exacte de ce grand lot de lingots de plomb ne soit pas claire, la découverte de ce grand nombre de lingots de plomb confirme également la force de la capacité manufacturière de la Rome antique et le développement du commerce économique. L'inscription sur le lingot de plomb permet également aux archéologues de jeter un coup d'œil sur l'histoire technologique, industrielle et culturelle des civilisations perdues.
La plupart des anciens lingots de plomb ont été récupérés dans des épaves de navires en haute mer, mais certains ont également été enfouis dans la terre. Une étude publiée en mai dans le Journal of Roman Archaeology a examiné en détail trois lingots de plomb extraits du site de Belmes, à Cordoue, en Espagne, datant du XXe siècle.
En analysant la composition chimique et les isotopes stables des lingots de plomb, les chercheurs ont découvert que les trois lingots de plomb étaient produits dans la même zone minière et que deux des lingots de plomb portant les lettres « SS » provenaient de la même société minière. 'Societas Sisaponensis', dont le siège est à Cordoue. Les tests des lingots de l'épave ont montré que plus de la moitié des lingots provenaient de cette mine. Les dernières découvertes semblent confirmer que Cordoue possédait peut-être le réseau métallurgique le plus important de l'ancienne Méditerranée orientale, reflétant le niveau d'industrialisation possible à l'époque.
Les lingots de plomb peuvent aider les archéologues à relier l'histoire de la Méditerranée orientale et, apparemment, ils sont impatients de laisser tous les lingots trouvés à leur place ou de les envoyer dans des musées pour un examen et une analyse plus approfondis. Mais les physiciens qui « regardaient » à l'écart ne le pensaient pas, et ce qu'ils voulaient le plus, c'était faire fondre ces lingots de plomb romains et les utiliser pour explorer les mystères de l'univers.
En 1988, après avoir lu dans les journaux la découverte de cet énorme cargo, Ettore Fiorini a immédiatement pressenti l'importance de ces lingots de plomb pour les physiciens (ou plus précisément les physiciens des particules). Fiorini est physicien à l'Université de Milan-Bicocca en Italie et coordinateur expérimental de l'Observatoire souterrain cryogénique pour les événements rares (CUORE).
À l'époque, l'Institut national italien de physique nucléaire (INFN) construisait le détecteur CUORE sous terre au laboratoire du Gran Sasso. Le but de cette expérience est de trouver un événement théorique de désintégration des particules appelé désintégration β sans neutrinos. Une désintégration β standard libère deux neutrinos, mais dans un événement de désintégration β sans neutrinos, le noyau ne libère que deux électrons et non des neutrinos.
Même en théorie, les événements de désintégration binaire β sans neutrinos sont rares et nous ne les avons jamais observés, mais s'ils devaient être observés, ils pourraient mesurer la masse des neutrinos, répondre à la question de savoir si l'antimatière des neutrinos est elle-même (neutrino de Majorana), et peut-être révèlent le mystère de l'asymétrie dans la répartition matière-antimatière dans l'univers.
Pour observer cet événement de désintégration rare, les scientifiques de CUORE ont dû construire un cube de dioxyde de tellure pesant environ 750 kilogrammes à une profondeur de 1 400 mètres sous la formation rocheuse. En raison de la rareté de tels événements et du signal très faible, cette expérience (et les expériences similaires) a dû être strictement isolée de tous les événements radioactifs externes, en maintenant la radioactivité de fond au minimum – et c'est là qu'intervient le plomb romain.
L'ensemble du CUORE est construit sous terre, protégé par 1,4 kilomètres de formations rocheuses de montagne du rayonnement de fond des neutrinos cosmiques, mais cela ne suffit pas. Étant donné que les formations rocheuses utilisées pour protéger l'installation sont également légèrement radioactives, CUORE avait également besoin d'un « bouclier » strictement protégé des radiations. Le noyau du plomb est gros et lourd, il n’a donc besoin que d’une fine couche pour empêcher de nombreuses petites particules de pénétrer. Idéalement, le plomb pur convient aux barrières anti-radiations.
Mais la réalité n’est pas idéale. Tout plomb nouvellement extrait dans la nature contient une certaine quantité d'élément radioactif uranium-235, qui se désintègre avec le temps en isotope instable plomb-210, tandis que sa demi-vie pour se désintégrer en un isotope plus stable est de 22 ans. Bien que le processus de traitement du minerai de plomb élimine la majeure partie de l’uranium, le plomb 210 déjà présent émet encore de faibles radiations au fil des années. De toute évidence, le plomb lui-même est en réalité une source de rayonnement et ne peut pas être utilisé directement comme barrière contre les rayonnements pour les expériences de physique des particules.
Cependant, le plomb, resté silencieux sous l’eau depuis des milliers d’années, a presque complètement perdu sa radioactivité naturelle sur une longue période, ce qui en fait le matériau idéal pour protéger les détecteurs de particules. En 1991, l'équipe de l'INFN et ses collaborateurs ont examiné en détail la radioactivité du plomb romain dans un article (Fiorini était co-auteur), et diverses méthodes de détection ont montré que le plomb romain ne contenait pas du tout de plomb 210 et que le niveau de rayonnement de fond ne représentait qu'un millième environ de celui du plomb moderne, ce qui en faisait le meilleur matériau de blindage parmi les échantillons de recherche à cette époque.
En 2019, une étude publiée dans The European Physical Journal A a testé plus en détail la pureté de la radioactivité d'échantillons de plomb provenant de Rome avec la dernière technologie de cryodétection et a signalé la limite la plus basse jamais enregistrée pour les mesures de Pb-210.
'Les physiciens des particules recherchent souvent du plomb à faible teneur', explique Fiorini, 'des toits des vieilles églises aux métaux extraits des quilles d'épaves qui sont souvent utilisés dans des expériences.' 'Cependant, les découvertes en Sardaigne sont sans précédent. , tant en termes d'âge qu'en termes de richesse du matériau.
En 1991, Fiorini apprit que l'institution archéologique de Cagliari ne disposait pas de suffisamment de fonds pour récupérer tous les lingots de plomb des fonds marins et il persuada les dirigeants de l'INFN de donner environ 210 000 dollars à l'opération. En échange, les physiciens pourraient utiliser une partie du plomb romain recyclé.
Dans les années 90 du 20e siècle, certains lingots de plomb ont été utilisés dans les expériences INFN. En 2010, le laboratoire Grancaso a « stocké » encore 4 tonnes de plomb romain provenant d'un musée de Sardaigne.
Les archéologues du musée de Cagliari affirment que la séparation de ces lingots de plomb est très douloureuse. Bien que les lingots de plomb remis à l’INFN soient dans le pire état de conservation, ils n’en conservent pas moins une valeur historique extraordinaire. Heureusement, le physicien découpait l'inscription et la renvoyait à Cagliari pour la conserver avant de faire fondre le lingot de plomb. Les lingots restants, ainsi que le plomb précédent, seront fondus pour former un revêtement de plomb de 6 centimètres d'épaisseur qui enveloppera le détecteur CUORE.
De nombreux archéologues se sont opposés au moulage de ces blocs de plomb historiques. Elena · Pérez-Alvaro, Ph.D. en gestion du patrimoine culturel et naturel, s'est interrogé : « Ces expériences sont-elles suffisamment importantes pour détruire des parties du passé et découvrir l'avenir ? » M. Fernando · Gonzalez-Zarba, physicien à l'Université de Cambridge au Royaume-Uni. Fernando Gonzalez-Zalba a déclaré : « Je pense que ces expériences peuvent expliquer certaines des propriétés les plus fondamentales de l'univers, et je pense que cela en vaut la peine. »
Le plomb romain n’est pas le seul matériau qui répond aux exigences des expériences sensibles, et la Grèce antique utilisait également ce matériau de construction. Le plomb grec était plus rare, mais le plomb romain n'était pas en quantité suffisante. L'archéologue John · Carman a déclaré que si les physiciens l'utilisaient largement, les archéologues pourraient perdre tout le plomb romain antique et donc toutes les informations qu'il pouvait fournir sur la technologie, la culture et l'industrie des Romains.
Il n’existe aucune disposition juridique claire pour ce litige. La Convention de l'UNESCO de 2001 sur la protection du patrimoine culturel subaquatique interdit l'exploitation commerciale des épaves historiques, mais il n'est pas clair si cela s'applique aux expériences physiques.
Bien que les détails ne soient pas connus, le différend a finalement été réglé par un compromis entre les parties : l'équipe CUORE avait déjà commencé à collecter des données de son appareil expérimental en 2017 et avait publié ses derniers résultats en 2022. Malheureusement, elle n'a trouvé aucune trace de neutrino β. pourriture.
Actuellement, INFN tente de mettre à niveau CUORE vers CUORE Upgrade with Particle Identification (CUORE) pour ajouter des capacités de reconnaissance de particules. La meilleure nouvelle pour les archéologues est que cette mise à niveau ne nécessite pas de plomb romain supplémentaire.
Il est intéressant de noter que le principal objectif scientifique de CUORE est de trouver des preuves de la présence de neutrinos de Majorana, mais sa capacité à identifier et à mesurer des événements de faible énergie le rend également bien adapté à l'exploration de la matière noire : des observations astrophysiques à différentes échelles ont montré que 27 % de l'univers est constitué de matière noire non découverte, mais nous n'avons pas encore résolu le mystère de ce qu'est exactement la matière noire.
