Los físicos de partículas han descubierto una gran vacío escondido en la pirámide de Keops, la pirámide más grande de Giza, Egipto:construido entre el 2600 y el 2500 a. C. El descubrimiento, publicado en Naturaleza , se creó utilizando imágenes basadas en rayos cósmicos y puede ayudar a los científicos a descubrir cómo se construyó realmente la enigmática pirámide.

La tecnología funciona rastreando partículas llamadas muones. Son muy similares a los electrones, tienen la misma carga y una propiedad cuántica llamada espín, pero son 207 veces más pesados. Esta diferencia de masa es bastante importante, ya que determina cómo interactúan estas partículas cuando golpean la materia.

Los electrones altamente energéticos emiten radiación electromagnética, como radiografías, cuando chocan con materia sólida, lo que hace que pierdan energía y se atasquen en el material objetivo. Debido a la masa mucho mayor del muón, esta emisión de radiación electromagnética se suprime en un factor de 207 al cuadrado en comparación con los electrones. Como resultado, los muones no son detenidos tan rápidamente por ningún material, son muy penetrantes.

Los muones se producen comúnmente en los rayos cósmicos. La atmósfera superior de la Tierra es bombardeada constantemente con partículas cargadas del sol, pero también de fuentes externas a nuestro sistema solar. Son estos últimos los que proporcionan los rayos cósmicos más energéticos que pueden producir muones y otras partículas en una cadena de reacciones.

Como los muones tienen una vida útil relativamente larga y son bastante estables, son las partículas más numerosas vistas desde los rayos cósmicos a nivel del suelo. Y aunque se pierde mucha energía en el camino, ocurren muones con energías muy altas.

Haciendo ciencia con muones

Las partículas son bastante fáciles de detectar. Producen un fino rastro de "ionización" a lo largo del camino que toman, lo que significa que eliminan electrones de los átomos, dejando los átomos cargados. Esto es bastante útil permitiendo a los científicos que utilizan varios detectores seguir el camino del muón hasta su origen. También, si hay mucho material en el camino del muón, puede perder toda su energía y detenerse en el material y descomponerse (dividirse en otras partículas) antes de ser detectado.

Estas propiedades hacen que los muones sean excelentes candidatos para tomar imágenes de objetos que de otra manera serían impenetrables o imposibles de observar. Al igual que los huesos producen una sombra en una película fotográfica expuesta a rayos X, un objeto pesado y denso con un número atómico alto producirá una sombra o una reducción en el número de muones que pueden atravesar ese objeto.

La primera vez que se usaron muones de esta manera fue en 1955, cuando E. P. George midió la sobrecarga de roca sobre un túnel comparando el flujo de muones fuera y dentro de dicho túnel. El primer intento conocido de tomar un "muograma" deliberado ocurrió en 1970 cuando Luis W. Alvarez buscó cavernas extendidas en la segunda pirámide de Giza. pero no encontré ninguno.

En la última década más o menos, La tomografía de muones ha experimentado un pequeño impulso. En 2007, una colaboración japonesa tomó un muograma del cráter del volcán Monte Asama para investigar su estructura interna.

También se están utilizando escaneos de muones para investigar los restos del reactor de Fukushima. En el Reino Unido, la Universidad de Sheffield propone utilizar mediciones del flujo de muones para monitorear los sitios de almacenamiento de carbono.

Explorando Keops

La forma más sencilla de utilizar muones para investigar objetos grandes, como una pirámide, es buscar diferencias en el flujo de muones que la atraviesa. Una pirámide sólida dejaría una sombra o una reducción en el número de muones en esa dirección. Si hay un gran vacío dentro de la pirámide, el flujo de muones aumentaría en la dirección de ese vacío. Cuanto mayor sea la diferencia entre "sólido" y "hueco", más fácil se vuelve.

Todo lo que necesitas hacer es sentarte en algún lugar cerca del suelo, mire un poco hacia arriba desde el horizonte hacia la pirámide y cuente el número de muones que vienen de todas las direcciones. Como los muones cósmicos necesitan ser algo enérgicos para atravesar una pirámide completa y nuestros "ojos" detectores son relativamente pequeños, tenemos que sentarnos allí y contar durante bastante tiempo, típicamente varios meses para contar suficientes muones. De la misma manera que tenemos dos ojos para obtener una imagen tridimensional del mundo en nuestro cerebro, queremos dos "ojos" detectores separados para obtener una imagen tridimensional del vacío dentro de la pirámide.

Lo interesante del enfoque de este equipo es que han elegido tres tecnologías de detectores diferentes para investigar la pirámide. El primero es un poco anticuado pero ofrece una resolución suprema de la imagen resultante:placas fotográficas que se ennegrecen con la ionización. Estos se dejaron durante meses dentro de una de las cámaras conocidas de la pirámide y se analizaron en Japón una vez finalizada la toma de datos.

Para el segundo método se emplearon "centelleadores" de plástico que producen un destello de luz cuando una partícula cargada pasa a través de ellos. Este tipo de detectores se utilizan en varios experimentos modernos de neutrinos.

Y finalmente cámaras llenas de gas, donde se pueda controlar la ionización causada por las partículas cargadas, se utilizaron para mirar directamente a lo largo de la dirección de la caverna recién descubierta.

La señal electrónica de esos detectores se devolvió por teléfono directamente a París a través de un enlace de datos 3G. Por supuesto, una pirámide con tres cavernas conocidas y una gran galería hueca en el interior es un objeto un poco complejo para tomar un muograma (solo muestra la luz y la oscuridad). Muy a menudo, estas imágenes deben compararse con una simulación por computadora de los muones cósmicos y la pirámide conocida, con verrugas y todo. En este caso, un análisis cuidadoso de las imágenes de los tres detectores y la simulación por computadora arrojaron el descubrimiento de un vacío de 30 metros de largo, hasta ahora desconocido, dentro de la Gran Pirámide de Giza. Qué gran éxito para un nuevo conjunto de herramientas.

La técnica ahora puede ayudarnos a estudiar la forma detallada de este vacío. Si bien no sabemos nada sobre el papel de la estructura, Los proyectos de investigación que involucren a científicos de otros orígenes podrían basarse en este estudio para ayudarnos a descubrir más sobre su función.

Es genial ver cómo la física de partículas de vanguardia puede ayudarnos a arrojar luz sobre la cultura humana más antigua. Quizás estemos presenciando el comienzo de una revolución en la ciencia, haciéndola verdaderamente interdisciplinaria.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.