考古学家和物理学家因古罗马铅而争执不下——这种物质因截然不同的原因而受到双方的高度重视。非常古老的铅是纯净、致密的,并且放射性远低于新开采的金属,因此它是屏蔽寻找暗物质和其他稀有粒子的敏感实验的理想材料。但它也具有历史意义,许多考古学家反对熔化具有强大古代历史窗口作用的2000年历史的罗马铅锭。
“这些实验是否重要到足以摧毁我们过去的一部分,去发现我们未来的某些东西?” 英国伯明翰大学的考古学研究生埃琳娜·佩雷斯-阿尔瓦罗说道,她在伯明翰大学出版的考古学期刊Rosetta(pdf)上撰写了一篇关于所涉困境的论文。一些物理学家认为,争取获得这种金属是值得的。“这些实验可以揭示宇宙的一些最基本的属性,并回答诸如我们是什么以及我们从哪里来的问题,” 剑桥大学的物理学家M.费尔南多·冈萨雷斯-扎尔巴说,他与佩雷斯-阿尔瓦罗的调查合作。“我认为这是值得的。”
古罗马铅已被用于低温暗物质搜索 (CDMS) 中,这是一项在明尼苏达州进行的实验,旨在探测构成隐形暗物质的粒子,据信暗物质贡献了宇宙的大部分质量。同样的金属也被用于意大利的CUORE(低温地下稀有事件观测站)项目中,该项目即将开始寻找一种理论上的粒子衰变过程,称为无中微子双β衰变,如果被发现,可以解释为什么宇宙中物质支配反物质。这些实验和其他实验需要极端的屏蔽,以阻挡任何可能被误认为是他们寻找的稀有信号的无关粒子。
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有问题的铅曾经被用于古罗马文明中制造硬币、管道、建筑材料和武器。它现在最常见于沉船地点,私人公司在那里收获它,并将罗马铅锭熔化成标准砖块,然后传递给客户——其中许多是物理学家。“我们没有人掉以轻心——你不想不必要地破坏历史文物,”斯坦福大学的物理学家布拉斯·卡布雷拉说,他是CDMS项目的负责人。然而,古老的铅是屏蔽暗物质探测器的最佳材料,他说,因为它释放的辐射或背景粒子非常少。“使用古代铅获得的背景水平大约比市售铅低1000倍。”
地球上开采的所有铅自然都含有一定量的放射性元素铀235,它会随着时间的推移衰变成另一种放射性元素,一种称为铅210的铅。当铅矿石首次被加工时,它会被提纯,大部分铀被去除。任何已经存在的铅210都开始分解,平均每22年衰变一半。在罗马铅中,几乎所有的铅210都已经衰变,而在今天开采的铅中,它才刚刚开始衰变。(当然,许多铅210原子也已经在这种矿石中衰变了,但供应量不断被未加工铅中的铀补充)。“自从最初加工以来时间越长,其固有放射性就越低,” 冈萨雷斯-扎尔巴说。
罗马人不是最早的铅砖制造者——古希腊人也在大约200年前制造这种建筑材料。虽然这种铅可能也进入了一些物理实验,但它更稀有。罗马铅的供应也不是完全充足。“如果我们广泛地将古罗马铅用于这种目的,我们可能会失去所有古罗马铅——以及它能提供的关于古代技术、航运、贸易等的信息,” 佩雷斯-阿尔瓦罗在伯明翰大学的导师考古学家约翰·卡曼说。通过保存铅锭,考古学家希望更多地了解罗马人的技术、工业和文化。未来的技术可能能够从文物中挖掘出比目前的研究更多的秘密,因此最好是不打扰这些物品,最好是在沉船地点。
围绕这场争端的法律是模糊不清的。《2001年联合国教科文组织保护水下文化遗产公约》(pdf)禁止商业开发历史沉船文物。这是否适用于物理实验尚不清楚。“因为铅的最终用途是为了知识,而不是真正为了市场,所以这介于两者之间,” 冈萨雷斯-扎尔巴说。“这就是监管尚未100%明确的地方。” 考古学家和物理学家都表示,需要更好的指导方针。“我们需要对所涉及的问题进行像埃琳娜正在进行的这种深入分析,然后进行一场涉及所有相关方的认真辩论,包括联合国教科文组织等国际机构,以构建一套明确的指导方针,希望能够保护科学界的利益,包括考古学的利益,”卡曼说。
最终,各方都在寻求一种既能保护历史又能实现尖端物理学的妥协方案。毕竟,罗马人是著名的创新者,如果知道他们丢失的铅锭今天被如何使用,他们可能会感到欣慰。