Os físicos de partículas descobriram um grande, vazio escondido na pirâmide de Khufu, a maior pirâmide de Gizé, Egito - construído entre 2600 e 2500 aC. A descoberta, publicado em Natureza , foi feito usando imagens baseadas em raios cósmicos e pode ajudar os cientistas a descobrir como a pirâmide enigmática foi realmente construída.

A tecnologia funciona rastreando partículas chamadas múons. Eles são muito semelhantes aos elétrons - tendo a mesma carga e uma propriedade quântica chamada spin - mas são 207 vezes mais pesados. Essa diferença de massa é muito importante, pois ela determina como essas partículas interagem quando atingem a matéria.

Elétrons altamente energéticos emitem radiação eletromagnética, como raios X, quando atingem matéria sólida - fazendo com que percam energia e fiquem presos no material alvo. Devido à massa muito maior do múon, esta emissão de radiação eletromagnética é suprimida por um fator de 207 ao quadrado em comparação com os elétrons. Como resultado, múons não são interrompidos tão rapidamente por nenhum material, eles são altamente penetrantes.

Muons são comumente produzidos em raios cósmicos. A parte superior da atmosfera da Terra é constantemente bombardeada com partículas carregadas do sol, mas também de fontes externas ao nosso sistema solar. É o último que fornece os raios cósmicos mais energéticos que podem produzir múons e outras partículas em uma cadeia de reações.

Como os múons têm uma vida útil relativamente longa e são bastante estáveis, são as partículas mais numerosas vistas dos raios cósmicos ao nível do solo. E embora muita energia seja perdida no caminho, múons com energias muito altas ocorrem.

Fazendo ciência com múons

As partículas são bastante fáceis de detectar. Eles produzem uma trilha fina de "ionização" ao longo do caminho que tomam - o que significa que eles eliminam os elétrons dos átomos, deixando os átomos carregados. Isso é muito útil, permitindo que os cientistas usem vários detectores para seguir o caminho do múon de volta à sua origem. Também, se houver muito material no caminho do múon, ele pode perder toda a sua energia e parar no material e se decompor (dividir-se em outras partículas) antes de ser detectado.

Essas propriedades tornam os múons excelentes candidatos para a obtenção de imagens de objetos que, de outra forma, seriam impenetráveis ​​ou impossíveis de observar. Assim como os ossos produzem uma sombra em um filme fotográfico exposto aos raios X, um objeto pesado e denso com um alto número atômico produzirá uma sombra ou uma redução no número de múons que podem passar por aquele objeto.

A primeira vez que os múons foram usados ​​dessa forma foi em 1955, quando E. P. George mediu a sobrecarga de rocha ao longo de um túnel comparando o fluxo de múon fora e dentro do referido túnel. A primeira tentativa conhecida de fazer um "muograma" deliberado aconteceu em 1970, quando Luis W. Alvarez procurou por cavernas estendidas na segunda pirâmide de Gizé, mas não encontrou nenhum.

Na última década ou assim, a tomografia de múons experimentou um novo impulso. Em 2007, uma colaboração japonesa fez um muograma da cratera do vulcão Mt Asama para investigar sua estrutura interna.

Varreduras de muons também estão sendo usadas para investigar os restos do reator de Fukushima. No Reino Unido, a Universidade de Sheffield está propondo o uso de medições do fluxo de múon para monitorar os locais de armazenamento de carbono.

Explorando Khufu

A maneira mais fácil de usar múons para investigar objetos grandes, como uma pirâmide, é procurar diferenças no fluxo de múons que passa por ela. Uma pirâmide sólida deixaria uma sombra ou uma redução no número de múons nessa direção. Se houver um grande vazio dentro da pirâmide, o fluxo de múon aumentará na direção desse vazio. Quanto maior a diferença entre "sólido" e "oco", mais fácil se torna.

Tudo que você precisa fazer é sentar em algum lugar perto do chão, olhe um pouco para cima a partir do horizonte em direção à pirâmide e conte o número de múons vindos de todas as direções. Como os múons cósmicos precisam ser um tanto energéticos para passar por uma pirâmide inteira e como os "olhos" do nosso detector são relativamente pequenos, precisamos sentar lá e contar por um bom tempo, normalmente vários meses para contar múons suficientes. Da mesma forma que temos dois olhos para obter uma imagem 3D do mundo em nossos cérebros, queremos dois detectores "olhos" separados para obter uma imagem 3-D do vazio dentro da pirâmide.

O interessante sobre a abordagem dessa equipe é que eles escolheram três tecnologias de detectores diferentes para investigar a pirâmide. O primeiro é um pouco antiquado, mas oferece uma resolução suprema da imagem resultante:chapas fotográficas que ficam enegrecidas pela ionização. Eles foram deixados por meses dentro de uma das câmaras conhecidas da pirâmide e analisados ​​no Japão depois que a coleta de dados foi concluída.

Para o segundo método, foram empregados "cintiladores" de plástico que produzem um flash de luz quando uma partícula carregada passa por eles. Esses tipos de detectores são usados ​​em vários experimentos modernos de neutrinos.

E finalmente as câmaras cheias de gás, onde a ionização causada pelas partículas carregadas pode ser monitorada, foram usados ​​para olhar diretamente ao longo da direção da caverna recém-descoberta.

O sinal eletrônico desses detectores foi enviado diretamente para Paris por meio de um link de dados 3G. É claro que uma pirâmide com três cavernas conhecidas e uma grande galeria oca dentro é um objeto um tanto complexo para tirar um muograma (mostra apenas claro e escuro). Muitas vezes, essas imagens precisam ser comparadas a uma simulação de computador dos múons cósmicos e da pirâmide conhecida, com verrugas e tudo. Nesse caso, uma análise cuidadosa das fotos dos três detectores e a simulação de computador resultou na descoberta de um vazio de 30 metros de comprimento, até agora desconhecido, dentro da Grande Pirâmide de Gizé. Que grande sucesso para um novo kit de ferramentas.

A técnica agora pode nos ajudar a estudar a forma detalhada desse vazio. Embora não saibamos nada sobre o papel da estrutura, projetos de pesquisa envolvendo cientistas de outras origens poderiam se basear neste estudo para nos ajudar a descobrir mais sobre sua função.

É ótimo ver como a física de partículas de ponta pode nos ajudar a lançar luz sobre a cultura humana mais antiga. Talvez estejamos testemunhando o início de uma revolução na ciência - tornando-a verdadeiramente interdisciplinar.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.