欠好为了一点铅物理学家和考古学家打起来了

作者：Robin George Andrews

翻译：红猪

修改：游识猷

2017年，英国伦敦大学学院的物理学家查穆考·格哈（Chamkaur Ghag）收到了一名西班牙同行发来的电邮，其间有一个诱人的提议。

此前一年，普林斯顿大学的荣休教授弗兰克·卡拉普莱斯（Frank Calaprice）得知，新泽西外海有几艘400~500年前的西班牙沉船，船上装载的是一批铅块。卡拉普莱斯得到了这批铅块中的几枚样品，将它们送到西班牙比利牛斯山深处的一间试验室去检测放射性——果然如此，测出的成果很低。现在这批淹没的铅块正在出售，任何一间物理学试验室，只需肯出每千克20欧元的高价，就能把它们领走。

铅在国际各地都可以挖掘锻炼，但是这批在沉船里沉睡了千百年的古铅，却具有一种稀有的性质。由于早已沉入深海，它们的天然放射性现已衰变到极低，早已不向外界发射粒子了。关于粒子物理学家，这个性质有着极高的价值。

“就有点像是金粉。”格哈说道。

沉船里有古代瑰宝，更有粒子物理学家朝思暮想的资料 | 图虫构思

粒子物理学家最头痛的事，

放射性无处不在

提到放射性，别只想到用来制作原子弹的钚。事实上，许多日常物品都带有不同程度的放射性，从陶瓷到玻璃，从金属到香蕉。假如它们衰变时射出的粒子击中粒子物理试验勘探器，就或许使科学家得到假阳性，成为科学发现之路上的圈套。即便是试验设备自身，由于是由各种金属制成，也会放出细微的辐射。

要为勘探器阻挠各种乱入的辐射，十几厘米厚的铅就能办到。要阻挠不受欢迎的乱入粒子，最有用的方法之一便是用自身很少辐射的铅来围住它们。这样的铅上哪里找？答案正是沉船。有些铅现已在海里泡了将近两千年了。

粒子物理学试验的意图，是寻觅构成国际的最基本资料。暗物质便是其间之一，那是一种咱们至今还未观测到、却宛如星系内部和星系之间的“粘合剂”的物质。水下的古代铅块可以在必定程度上协助人类解开国际的奥妙，但要取得它们并不简单，往往伴随着实践和品德上的问题。

沉船里的铅块归于一类名为“低本底资料”（low-background material）的物质，它们自身的放射性很低。究竟怎样才算低本底资料，其实没有一个公认的标准。但是依据某一次试验对本底辐射的灵敏程度，就很简单承认资料需求到达什么辐射水平了。天体物理学家艾伦·达菲（Alan Duffy）指出：“比方你要做一只盖革计数器，它总不能检测到一大堆自己的辐射。”

红海，潜水员接近制作于1940年、淹没于1941年的英国军舰SS Thistlegorm，当年的军舰都是低本底钢 |图虫构思

以钢为例，钢是一种能阻挠外来周游粒子的优异资料。美国伊利诺伊州的费米试验室是个粒子物理和加速器试验室，在曩昔几十年中就用了好几吨钢材来屏蔽其试验设备。这些钢材往往来自退役的军舰，其间许多都是在二战或朝鲜战役期间制作或许执役的，包括阿斯托里亚号、罗诺克号、黄蜂号、菲律宾海号和巴尔的摩号。

为何需求用退役的军舰呢？这和时刻有关。

1945年7月16日早晨5点29分，美国新墨西哥州的沙漠里，人类前史上第一次核弹爆破。原子年代的前奏就此摆开。在那之后，每次核弹爆破时升起的巨大火球，都会将一阵放射性尘土洒到国际遍地。暗斗期间，炼钢高炉吸入了这些放射性的空气污染物。辐射随之注入了炼钢厂的终究产品，炼出的钢铁也就不适合用于许多物理学试验。

制止核试验的条约签定后，国际上的人工放射性就开端渐渐衰减了，但这样一个国际的放射性仍然很强，足以让放射性粒子潜入钢材内部。低本底钢可以在密闭的环境中炼制，但本钱往往很高，除此之外的最佳来历便是退役军舰了，只需它们是在新墨西哥州的核爆试验之前制作的就行。这样的钢材不只放射性极低，价格也廉价得多。

不过，尽管钢在各种粒子物理试验中都有超卓体现，寻觅暗物质的试验仍是铅的全国。

寻觅暗物质，

需求放射性极低的铅

星系的内部，星系与星系之间，都被暗物质供给的引力所捆绑 | 图虫构思

暗物质占到国际总物质的83％，显然是值得研讨的方针，问题是科学家现在还无法勘探它们。为了寻觅这种难以捉摸的物质，科学家规划了各种试验，意图要么是直接勘探暗物质，要么是运用其他粒子证明暗物质的存在。

这类试验许多都是在地下深处进行的，从加拿大安大略省的超低温暗物质查找试验，到比利牛斯山坎夫兰克地下试验室中正在运转的勘探器都是如此——由于深化地下，地表的辐射无法穿透进来，也就不会搅扰勘探器。

我国的锦屏极深地下暗物质试验室（CJPL），就坐落四川锦屏山地下2400米深处｜清华大学工程物理系网站

但由于极度灵敏，那些勘探器仍是需求和周围的环境阻隔开来。每项暗物质试验能忍受的本底辐射都不同。为了承认详细要求，常常需求制作一台虚拟勘探器，以承认最好的阻挠资料是什么。

格哈解说说，要防备中子这样的粒子意外击中勘探器，有时一个水箱或是一些塑料就满足。但有的试验需求阻挠伽马射线，这时就要用到铜或许铅了。

沉入海中的古代铅块是抱负的资料，由于在千百年中，其间不安稳的铅-210同位素现已大部分衰变成了安稳的铅-206；还由于大海为它们阻挠了国际射线，不用忧虑国际射线激宣布物质的放射性。

卡拉普莱斯曾参加规划了几个暗物质试验，正是由于上述原因，他才对那批新泽西海外的西班牙沉铅很感爱好。那批铅块还没有打捞上来，但环绕这类发现的生意一向很常见。格哈表明，每过一阵，就会有某个地下试验室说：“现在有个时机能买到一大批古代铅，有谁想买吗？”接下来，假如这批淹没的资料被成功收回、各方又有充沛爱好的话，它们就会被拍卖。

在欧洲周围水域，古罗马年代的沉船中常会发现低本底铅。它们开端被铸造成硬币、建材或是兵器，到了现代又被打捞起来卖掉，买家就包括粒子物理学家。

但现在有考古学家揭露质疑：以科学的名义献身考古学瑰宝，这种做法是否值得。

比方2010年，意大利的低温地下稀有事情观测站就曾买进数百个铅块用于试验，希望能以此回答长久以来的一个疑团：为什么在国际中占多数的是物质，而不是反物质？这些铅块来自撒丁岛海外的一艘罗马古船，它在大约2000年前淹没，具有很高的考古学价值。其间的每一块铅上都镌刻了铭印，显现了它们的出产前史。尽管从船上捞起的1000个铅块中，大多数都坚持原样，送去了意大利卡利亚里的国家考古学博物馆研讨，但也有270块被熔化后用于物理学试验。

古罗马铅锭上的铭印，可以追溯出这批铅锭的挖掘方与买卖方 | INFN/Cagliari Archeological Superintendence

2013年，还在伯明翰大学读考古研讨生的埃莉娜·佩雷斯-阿尔瓦罗（Elena Perez-Alvaro）开端研讨这个难题。她的研讨包括一切装载了很多低本底物质的宝贵水下沉船，它们许多都是记载人类前史的时刻胶囊。2001年的《维护水下文明遗产条约》旨在避免这些古船的残骸被搜刮洁净。但这份条约里有一个盲点：它只需求维护淹没的文明遗产不被商业挖掘，却没有表态是否可以为了科研用处而打捞它们。

2015年，在和费尔南多·冈萨雷斯-萨尔瓦（Fernando Gonzalez-Zalba）合写的一篇论文中，佩雷斯-阿尔瓦罗判定，还没有一种商业技能，能出产出科学家在暗物质试验中需求的那种铅。因而从研讨者的视点来说，打捞古铅是必要的。不过也要依据详细事例展开慎重的剖析，以承认物理学家是真的需求铅，而无法用塑料或钢材替代。

1988年，潜水员发现了古罗马沉船里的铅锭。铅-210的半衰期是22年，这批铅锭从古罗马至今现已折半又折半了将近一百次，放射性几近于无。| INFN/Cagliari Archeological Superintendence

“在这方面有必要拟定规矩，清晰鸿沟。”佩雷斯-阿尔瓦罗着重，“这可不是你随意可以挖到的废金属。”但到今天为止，还没有一家有权施行这类标准的组织担起这个职责。将来即便呈现一个结构， 辅导古代铅和其他低本底物质的获取和运用，它也未必能标准它们的挖掘。

近年来，许多二战军舰的残骸正从马来西亚、印尼和新加坡的外海消失，被打捞潜水员不合法拆解。这些船舶许多都是战役坟场，里边掩埋着数百具尸身。或许某些潜水员正是在寻觅低本底钢材。买家或许不想要不合法获取的低本底资料，但当他们收到这些资料时，也没方法承认它们的出处。

尽管从品德上说，海底寻铅远不像掠取战役坟场那样令人恶感。但是从具有重要文明含义的古代沉船上捞铅，这种行为也令人欠好点评。

“我想物理学家们往往并不关怀这样的一个问题。”格哈说道，“咱们只当它们是一般的铅，咱们更多关怀的是价格。”

冈萨雷斯-萨尔瓦则表明，古罗马人每年出产8.8万吨铅，许多试验都只需动用其间很小的一部分。他说，关于挖掘低本底资料引起的品德两难，科学家也渐渐变得重视和介意了。

达菲说，粒子物理学家应该将文明遗产和他们资料的来历列为首要考虑方针。但是他也着重，低本底资料“必定会被当作”一种宝贵资源，不会被不加考虑地草率乱用。

冈萨雷斯-萨尔瓦以为，真实的要挟或许来自飞速发展的微电子工业。电脑和智能手机中的微芯片常常要用到低本底铅。尽管微电子工业可以正常的运用新出产的铅，但出产厂商仍是常常选用古铅，由于它们的本钱要低一个数量级。“这才是最令我忧虑的使用，由于这是一种商业使用，不是以人类共同利益为方针的。”他说。

在通过深思熟虑之后，粒子物理学家仍是能在品德和有用之间求得平衡的。寻找奥秘的暗物质似乎西西弗斯推进大石头，在成功之前都像是一场无止境的白费寻找。但是一旦咱们找到暗物质，这样的发现将会彻底改变人类的未来。到了那时，或许大多数人会赞同一个观念——这样颠覆性的发现，值得用曩昔前史的一些断片去交流。

编译来历：The Atlantic

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