Onde a arqueologia encontra a física de partículas

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Ilustrado por Ana Kova.

Por Jameson O’Reilly
Publicado na Symmetry Magazine

Mesmo que o olho humano seja uma evidência incrível da evolução, ele guarda suas limitações. O que podemos ver conta apenas uma parte da história completa. Frequentemente, é o que tem no interior que conta.

Para ver um fêmur quebrado, nós passamos uma perna pelo raio X e criamos uma imagem num filme de metal. Arqueólogos podem usar uma técnica parecida para procurar por cidades antigas enterradas em encostas. Em vez de usarem raios X, os pesquisadores utilizam múons, partículas que estão constantemente “chovendo” sobre nós, advindas da atmosfera.

Múons são primos pesados dos elétrons e são produzidos quando um meteorito composto de um único átomo de raio cósmico colide com a atmosfera da Terra. Erga sua mão e alguns múons passarão por ela a cada segundo.

Físicos graduados na Universidade de Tecnologia do Texas (Texas Tech University), liderados pelos professores Nural Akchurin e Shuichi Kunori, estão desenvolvendo detectores que funcionam como um filme de raios X, gravando os padrões deixados pelos múons enquanto eles passam pelas encostas na Turquia. Arqueólogos usarão esses detectores para mapear a estrutura interna das montanhas e procurar por lugares promissores para a escavação de sítios arqueológicos.

Como os raios X, múons são rapidamente absorvidos por materiais densos, mas podem atravessar facilmente materiais leves e menos densos. Portanto, múons podem parar frente a uma rocha, mas movem-se livremente no ar de uma caverna enterrada.

O detector em desenvolvimento na Texas Tech medirá a quantidade de múons de raios-cósmicos que conseguirem passar pela colina ou montanha. Um excesso inesperado de múons pode significar que há uma estrutura subterrânea oca facilitando a passagem das partículas.

“Nós estamos procurando por um vazio, uma tumba; os quais os arqueólogos podem investigar para aprender mais sobre a história do povo que ali foi enterrado.” afirma Hunter Cymes, um dos estudantes trabalhando no projeto.

A técnica com múons cósmicos para explorar estruturas subterrâneas foi desenvolvida quase um século atrás. Luis Alvarez, um laureado com Nobel em Física, usou pioneiramente essa técnica dentro da Segunda Pirâmide de Chephren, uma das três grandes pirâmides do Egito. Desde então, tem sido usada para diferentes aplicações, incluindo a pesquisa por cavidades escondidas em outras pirâmides e para estimar o conteúdo de lava de vulcões.

De acordo com Jason Peirce, outro estudante em graduação trabalhando nesse projeto, essas aplicações anteriores tiveram resoluções de cerca de 10 metros. “Nós estamos tentando fazer isso menor, em algum lugar entre 2 e 5 metros, para achar um cômodo menor do que os previamente achados.”

Eles esperam realizar tal tarefa usando um arranjo de cintiladores, um tipo de plástico que pode ser usado para detectar partículas. “Quando um múon passa pelo plástico, o mesmo absorve uma parte daquela energia e cria luz,” diz o estudante Hunter Cymes. Essa luz pode então ser detectada e medida e os dados armazenados para análises posteriores.

Infelizmente, múons com energia suficiente para atravessar uma colina e atingir os detectores são relativamente difíceis de se encontrar, o que significa que os estudantes precisarão construir detectores fortes e precisos os quais conseguem coletar dados por longos períodos de tempo. Assim como é difícil enxergar em luz fraca, é difícil reconstruir a estrutura interna de uma colina com poucos múons.

Aashish Gupta, outro graduando trabalhando nesse projeto, está atualmente desenvolvendo uma simulação de múons cósmicos e o protótipo de detector. O grupo espera usar a simulação para guiar o projeto de design, prevendo como diferentes designs funcionarão e qual a quantidade de dados que precisarão coletar.

Como Peirce descreve, eles estão “obtendo experiência real ao montar o aparelho, mas também têm em mente que precisam ter mais resultados de simulações para bolar o design final.”

Eles esperam terminar a construção do protótipo do detector dentre os próximos meses e estão otimistas em ter o design final pelo próximo outono.

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