作者：尼古拉·诺森戈
昨天，大约四吨古罗马铅从意大利撒丁岛的一个博物馆被运往意大利大陆格兰萨索国家粒子物理实验室。这些金属原本注定要成为罗马士兵使用的水管、硬币或弹弓的弹药，但现在将成为一项尖端实验的一部分，旨在确定中微子的质量。
这120根铅锭，每根重约33公斤，来自20年前从一艘罗马沉船上打捞出的一批更大的货物，这艘船是在公元前80年至公元前50年之间在撒丁岛海岸附近沉没的。这些铅锭证明了古罗马制造业和贸易能力的强大，对于考古学家来说具有巨大的价值，他们一直在撒丁岛南部卡利亚里的国家考古博物馆保存和研究这些铅锭。对于物理学家来说，这些铅锭同样有价值的原因是，在过去的2000年里，铅几乎完全失去了其天然放射性。因此，它是屏蔽CUORE（低温地下稀有事件观测站）探测器的完美材料，意大利国家核物理研究所（INFN）正在格兰萨索实验室建造该探测器。
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CUORE将于明年开始运行，它将研究中微子：这是一种不带电荷的基本粒子，长期以来一直被认为没有质量。研究人员已经证实中微子确实有质量，但一直无法确定其具体数值。该实验的目的是使用探测器尝试观察一种理论上的原子事件，称为无中微子双β衰变——一种放射性过程，原子核释放出两个电子，但不释放中微子。“标准”双β衰变伴随着两个中微子的释放。通过观察这种预测但迄今为止尚未被观察到的事件，物理学家们希望估计中微子的质量，并确定中微子和它们的反物质对应物——反中微子——是否是不同的粒子。有些人认为两者是相同的。
沉没的宝藏
CUORE科学家将等待无中微子双β衰变发生在放置在格兰萨索实验室地下1400米岩层中的750公斤二氧化碲立方体中。但是，为了成功观察到这种罕见事件，他们需要屏蔽实验，使其免受外部放射性的影响。
这就是沉船铅锭的用武之地。原则上，铅可以屏蔽辐射，但新开采的铅本身也略带放射性，因为它含有一种不稳定的同位素铅-210。“我们永远无法将其用于我们的实验，因为我们的实验正是为了将背景放射性降至最低，”米兰-比可卡大学物理学家、CUORE实验协调员埃托雷·菲奥里尼说。然而，从地下提取出来后，铅-210会衰变成更稳定的同位素，放射性同位素的浓度每22年减半。罗马铅锭中的铅现在几乎失去了所有放射性痕迹。
这些铅锭抵达格兰萨索，要归功于一项可以追溯到1991年的协议。1988年，一名潜水员在距奥里斯塔诺一英里半、距撒丁岛海岸仅一英里多的28米深处发现了这艘船的残骸。菲奥里尼回忆起在报纸上读到这一发现，并立即预见到它对物理学家的价值。
他说：“粒子物理学家去寻找低放射性铅并不罕见。”“从古老教堂的屋顶或沉船的龙骨中提取的金属经常被用于实验。”但撒丁岛的发现是前所未有的，无论是在材料的年代还是数量上。
痛苦的离别
这艘船实际上是一艘navis oneraria magna，一种专门的货船，通常用于运输铅或其他金属等重物。它载有1000多根铅锭，或33吨金属。鉴于当时罗马正处于内战时期，并且该船装载了弹弓弹药，考古学家认为，该船的大部分铅可能注定要成为弹丸。他们还认为，这艘船是船长下令故意击沉的，以防止被敌军夺取：它仍然抛锚，并且离海岸足够近，船员可以游到岸边。
当菲奥里尼得知卡利亚里的考古监管局（一个负责监督遗产项目的政府机构）没有足够的资金来打捞所有铅锭时，他说服INFN管理人员出资3亿里拉（21万美元）用于这项于1991年完成的行动。作为交换，一部分回收的铅将可供物理学家使用。一些铅锭在1990年代的实验中使用过，但菲奥里尼说，CUORE才是他最初提出这项交易时的想法。
在格兰萨索，这些铅锭将被熔化成3厘米厚的铅衬里，这将环绕立方体CUORE探测器。在铅锭被熔化之前，每根铅锭上的铭文将被移除并送回卡利亚里进行保存。“它们是商标，上面刻有提取和交易铅的各个公司的名称，”卡利亚里博物馆的考古学家多纳泰拉·萨尔维解释说。
萨尔维说，与铅锭的分离是“痛苦的”。提供给INFN的铅锭是保存最差的，但仍然具有特殊的历史价值。然而，她说她对这次合作感到满意，因为物理学家正在对铅进行重要的分析。例如，菲奥里尼的团队帮助考古学家解决了关于船舶航线的争论。最初有人提出，它的铅可能来自撒丁岛矿石，但萨尔维对此表示怀疑。“当时的罗马人更喜欢保存他们认为具有战略意义的意大利矿石，而是从北非、西班牙和英国开采了他们的大部分铅，”她说。通过研究铅中特定的同位素混合物——这是其产地的标志——INFN物理学家已经证实萨尔维是对的。这些铅锭来自西班牙南部的卡塔赫纳山脉。