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物理学家与考古学家抢起了古罗马千里船里的金属块，他们究竟想干什么？

撰文 | 不周

审校 | 王昱

1988年，在距离意大利撒丁岛海岸约10千米处的海底，潜水员正不休下潜，试图寻找千里船遗迹。当他们下潜到28米深处，转眼发现了一艘千里船的空洞。

自帆海期间开启以来，海洋仍是并吞了无数船只。这些千里船封存着不同庚代的矿藏与历史，每发现一艘都会引起海洋考古学家的极大兴致，这是他们重现昔日的最好思路。

通过船上陶罐的样子，考古学家判定，这是一艘古罗马千里船。古罗马斯文距今已有两千多年，时期和海水败坏了大部分木质结构，但一些耐腐蚀的石器与金属成品依然保存无缺。尽管介意大利隔邻的海底发现古罗马千里船不及为奇，这艘船却很尽头，它比绝大部分千里船要大得多，也坚固得多。

从撒丁岛海域的千里船遗迹回收铅锭丨https://doi.org/10.1038/s41586-022-04497-4

考古学家发现了这艘船如斯坚固的原因——船内装载了多量金属条，足足一千多块铅锭，也便是约33吨的金属，是其时在千里船发掘中最多的一次。关于这些千里甸甸的“矿藏”，考古学家无疑十分惊喜！可疑的是，物理学家也通常昌盛。

考古学中的铅

这些铅锭每一块都大约呈梯形，长45厘米，重约33千克，因此被发当前依然码放地整整皆皆。铅在古罗马诟谇常蹙迫的金属，会被铸成水管、硬币、兵器或建筑结构等。自然无法明确具体用途，但这一大批铅锭的发现也证据了古罗马制造才气的坚定以及经济贸易的阐发。铅锭上印刻的铭文商标，也让考古学家得以考核失意斯文的技艺、工业和文化史。

古罗马铅水管（1世纪），摄于格罗夫那博物馆丨Wolfgang Sauber/Wikipedia

古代铅锭多是从深海千里船打捞出来的，但也有一些铅锭被掩埋在土中。本年5月发表在《罗马考古学杂志》（Journal of Roman Archaeology）上的一项测度，对20世纪于西班牙科尔多瓦贝尔梅斯业绩出土的三块铅锭进行了把稳的检测。通过分析铅锭的化学因素和踏实同位素，测度东说念主员发现这三块铅锭产自团结个矿区，其中两块印有“SS”字母的铅锭来自团结家采矿公司“Societas Sisaponensis”，该公司总部就位于科尔多瓦。对千里船铅锭的检测结果标明，有一半以上铅锭都开采自这个矿区。最新的测度结果似乎进一步证据了科尔多瓦在古代地中海地区可能有着最蹙迫的冶金收罗，也反馈了其时可能的工业化水平。

铅锭能帮考古学家串联起地中海地区的历史，昭着，他们恨不得将扫数发现的铅锭留在原处，或送往博物馆稳健保存，以待畴昔更久了地检测和分析。但在一旁“窥视”的物理学家并不这么想，他们最想作念的是将这些罗马铅锭溶化，用于探索天地的玄机。

物理学中的铅

1988年，在报纸上读到这艘广泛货船的发现后，埃托雷·菲奥里尼（Ettore Fiorini）立即预感到这些铅锭对物理学家（更准确地说，是粒子物理学家）的蹙迫性。菲奥里尼是意大利米兰比可卡大学（University of Milan-Bicocca）的物理学家，同期他亦然萧疏事件低温地下不雅测站（Cryogenic Underground Observatory for Rare Events，CUORE）的实验和洽员。

其时，意大利国度核物理测度所（INFN）正在格兰萨索实验室地下缔造CUORE探伤器。这项实验的诡计是寻找一种称为无中微子双β衰变的表面粒子衰变事件。轨范的双β衰变会开释两个中微子，但在无中微子双β衰变事件中，原子核仅开释两个电子，而不开释中微子。即使是在表面上，无中微子双β衰变事件也很萧疏，咱们从未不雅测到过，但要是真能不雅测到它，大约能测量中微子质地，解答中微子的反物资是否便是自己（马约拉纳中微子）的疑问，并可能揭示天地中物资-反物资分散不合称之谜。

无中微子双β衰变的费曼图丨CUORE/INFN

为了不雅察到这一萧疏的衰变事件，CUORE的科学家需要在岩层下1400米深处缔造重约750千克的二氧化碲立方体。由于这类事件极为萧疏，信号更诟谇常微弱，这项实验（以及肖似实验）必须严格圮绝一切外部辐照性事件的影响，将布景的辐照性治安在最低猖狂——这恰是罗马铅的用武之地。

扫数这个词CUORE建在地下，被1.4千米厚的山脉岩层保护，以防受到天地中微子布景辐射的影响，但这远远不够。因为用来保护实验表率的岩层也有微弱的辐照性，为此CUORE还需要一层严格屏蔽辐射的“盾牌”。铅的原子核又大又重，因此只需要薄薄一层，便不错抗拒好多狭窄的粒子穿透。盼望情况下，结义的铅适用于防辐射障蔽。

CUORE低温恒温探伤器渲染图，包括脉冲管、稀释制冷安设、里面低辐照性当代和罗马铅屏蔽层，以及二氧化碲晶体阵列（浅蓝色）丨https://doi.org/10.1038/s41586-022-04497-4

但实践并不睬想。自然界中新开采的扫数铅都含有一定量的辐照性元素铀-235，它会随时期衰变为不踏实的同位素铅-210，而它衰变为更踏实同位素的半衰期是22年。尽管加工铅矿石的经由会去除大部分铀，但仍是存在的铅-210仍在积少成多地放出微弱辐射。昭着，实践中的铅自己就成为了辐射的着手，根蒂无法径直用作粒子物理实验的防辐射障蔽。

可是，在水下千里寂上千年的铅，经过漫长的时期，险些皆备失去了自然的辐照性，是屏蔽粒子探伤器的齐备材料。1991年，INFN团队及互助者在一篇论文（菲奥里尼是共同作家）中把稳检测了罗马铅的辐照性，各式检测技巧标明，罗马铅中皆备不含铅-210，布景辐射水平唯独当代铅的约千分之一，是其时测度样本中最好的屏蔽材料。

2019年，一项发表于《欧洲物理杂志A》（The European Physical Journal A）的测度，用最新的低温探伤技艺进一步检测了罗马铅样品的辐照性纯度，并答复了有史以来最低的铅-210测量限值。

“粒子物理学家浅薄寻找低辐照性铅，”菲奥里尼说到，“从陈腐教堂的屋顶，到千里船龙骨中索要的金属浅薄用于实验。”可是，撒丁岛的发现无论从年代，照旧从材料的丰富进程上，都前所未见。

考古学VS物理学

1991年，菲奥里尼得知位于卡利亚里的考古机构莫得富裕的资金从海底打捞回全部铅锭，他劝服INFN的惩办东说念主员为这项行为捐钱约21万好意思元。当作交换，物理学家不错使用一部分回收的罗马铅。20世纪90年代，INFN实验使用了一些铅锭。2010年，格兰卡索实验室又从撒丁岛的一家博物馆“进货”了4吨罗马铅。

铅锭上印刻的铭文被切割并保存，余下的主体用于CUORE里面铅屏蔽层丨https://doi.org/10.1038/s41586-022-04497-4

卡利亚里博物馆的考古学家默示，与这些铅锭的永诀相配孤寂。尽管交给INFN的铅锭是保存景况最差的，但依然具有超卓的历史价值。好在物理学家会在溶化铅锭前，会将印刻的铭文切下来，送回卡利亚里保存。而剩下的铅锭会和之前的铅全部，被熔铸成6厘米厚的铅衬里，包裹住CUORE探伤器。

CUORE里面铅屏蔽层的右侧视图丨https://doi.org/10.1038/s41586-022-04497-4

关于熔铸这些具有历史预见的铅块，好多考古学家都曾默示反对。文化和自然遗产惩办学博士埃琳娜·佩雷斯-阿尔瓦罗（Elena Perez-Alvaro）曾质疑：“这些实验是否蹙迫到足以败坏部分昔日，以发现畴昔？”英国剑桥大学的物理学家M.费尔南多·冈萨雷斯-扎尔巴（M. Fernando Gonzalez-Zalba）则默示：“这些实验不错讲授天地最基本的一些特点，我以为是值得的。”

罗马铅并不是独一妥贴敏锐实验条款的材料，古希腊斯文曾经使用过这种建筑材料。希腊铅更歌唱，但罗马铅的供应也并不够充足。考古学家约翰·卡曼（John Carman）默示，要是物理学家的用法平淡起来，考古学家可能会失去扫数古罗马铅，从而失去它能提供的扫数关联罗马东说念主的技艺、文化、工业的信息。

针对这一争端，并莫得明确的法律条规。2001年说合国教科文组织的《保护水下文化遗产协议》谢透彻历史千里船文物进行营业开垦，但尚未明确是否适用于物理实验。

遍寻无果

尽管不了了具体细节，从结果来看，这一争端最终在各方和解下平息了——CUORE团队用将罗马铅重铸成为了辐射屏蔽的盾牌，他们的实验仪器仍是于2017年开动会聚数据，并在2022年公布了最新效果。很缺憾，他们并莫得找到无中微子双β衰变的陈迹。现在，INFN正在尝试将CUORE升级为CUPID（CUORE Upgrade with Particle Identification），加多粒子识别的功能。对考古学家最好的音书是，此次升级不需要迥殊的罗马铅。

暗物资表面寻宝图丨《环球科学》10月刊

真理的是，CUORE的主要科学诡计是寻找马约拉纳中微子的凭证，但识别和测量拙劣事件的才气让它也相配妥贴探索暗物资——各式圭臬的天体物理学不雅测标明，天地的27%是由未被发现的暗物资构成，但咱们于今仍未能揭开“暗物资究竟是什么”的微妙面纱。《环球科学》10月刊的著作——《暗物资的下一张寻宝图》就报告了这个话题。

如何屏蔽天地的辐射，亦然暗物资探伤所濒临的挑战之一。《暗物资的下一张寻宝图》同期附带了《环球科学》与四川锦屏粒子和天体物理氙探伤器（PandaX）首席科学家刘江来的对话，他们的实验通常濒临辐照性的困扰，他们的探伤器险些十分于宇宙上最忠良的辐照性探伤器，探伤器中的零件同期需要尽可能莫得辐照性，这也给他们的寻找暗物资带来了一些挑战。宽饶大家阅读～

参考文件

[1]https://cuore.lngs.infn.it/en/news

[2]https://www.lngs.infn.it/en/cupid

[3]https://wlab.yale.edu/news/ancient-roman-shipwreck-may-explain-universe-cuore-and-cupid-experiments-featured-scishow

[4]https://www.youtube.com/watch?v=o0A9M5wHBA4

[5]https://www.scientificamerican.com/article/roman-ingots-to-shield-detector/

[6]https://www.scientificamerican.com/article/ancient-roman-lead-physics-archaeology-controversy/

[7]https://scitechdaily.com/lost-treasures-of-rome-lead-ingots-unearthed-in-cordobas-ancient-mines/

[8]https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-roman-archaeology/article/la-societas-sisaponensis-los-lingotes-de-dona-ramabelmez-y-la-explotacion-minera-de-los-montes-de-corduba/390278955EB173651F606DBCD365AFE8

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