Tìm thấy 'thành phố của người chết' nhờ tia vũ trụ

Sử dụng công nghệ chụp cắt lớp mới với tia muon từ bức xạ vũ trụ, các nhà vật lý đã khám phá ra một 'thành phố của người chết' ngầm dưới lòng đất trung tâm thành phố Napoli của Ý.

Các tác phẩm bích họa và điêu khắc trong các hầm mộ Hy Lạp cổ tại Ipogei dei Togati và Ipogei dei Melograni - Ảnh: Nature

Necropolis - "Thành phố của người chết" trong tiếng Hy Lạp, là một công trình kiến trúc cổ đại với quy mô khổng lồ, được xây dựng với mục đích làm lăng tẩm cho vua chúa và quý tộc.

Những necropolis nổi tiếng nhất có thể kể đến là quần thể kim tự tháp Giza, các quần thể lăng mộ ở Thung lũng các vị vua, Thung lũng các hoàng hậu ở Ai Cập… Và ở thành phố Napoli của nước Ý cũng có những necropolis đang được khám phá nhờ công nghệ mới.

"Thế giới ngầm" ở Napoli

Thành phố Napoli, thủ phủ vùng Campania nước Ý, vốn là thuộc địa của Hy Lạp cổ từ thế kỷ 8 TCN.

Vào thế kỷ 6 TCN, nó được mang tên Neápolis (neá: mới, polis: thành phố), trở thành một đô thị sầm uất, đóng vai trò trung tâm văn hóa, chính trị và thương mại quan trọng trong xã hội Hy Lạp cổ và La Mã sau này.

Phế tích của các công trình kiến trúc hạ tầng tại thành cổ Neápolis như nhà cửa, chợ búa, đền đài, đường sá, hệ thống cấp thoát nước xây dựng từ hơn 25 thế kỷ trước vẫn tồn tại khá nguyên vẹn trong lòng đất.

Một phần nhỏ của các phế tích này được tìm thấy khi người dân thành phố đào đất để làm các bể chứa nước ngầm vào thế kỷ 16, và làm hầm tránh bom trong Thế chiến thứ hai.

Các nhà khảo cổ học tin rằng Napoli vẫn còn "cất giấu" nhiều công trình kiến trúc cổ vài ngàn năm tuổi, tuy nhiên để đảm bảo an toàn cho các nhà cửa, cầu đường phía trên cũng như đảm bảo cho các hoạt động sinh hoạt và giao thông của người dân, việc khai quật gần như bất khả thi ở trung tâm một thành phố lớn và đông dân như Napoli.

Việc phát lộ hai hầm mộ cổ Ipogei dei Togati và Ipogei dei Melograni với những bức bích họa và phù điêu chạm trổ tinh xảo khiến các nhà khảo cổ học tin rằng đây chỉ là một phần nhỏ trong quần thể khổng lồ lăng mộ và đền đài Hy Lạp cổ với niên đại từ thế kỷ 5 đến thế kỷ 3 TCN.

Nhờ công nghệ chụp cắt lớp muography, các nhà khoa học của Viện vật lý hạt nhân quốc gia Ý (INFN) tại Đại học Napoli Federico II và Đại học Nagoya (Nhật) đã tìm ra cấu trúc nguyên bản cũng như thiết lập hình ảnh 3D của quần thể công trình này.

Dùng tia vũ trụ "soi" lại ngàn xưa

Các tia vũ trụ là một dạng bức xạ năng lượng cao có nguồn gốc từ ngoài hệ mặt trời, chủ yếu được tạo bởi các proton và các hạt nhân nguyên tử di chuyển với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng.

Quá trình va chạm của các tia vũ trụ với bầu khí quyển của Trái đất tạo ra những "trận mưa" hạt hạ nguyên tử, trong đó có muon, một loạt hạt sơ cấp, cùng gia đình và có tính chất tương tự như electron.

Dù chỉ tồn tại trong 2 phần triệu giây, với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, các hạt muon vẫn kịp di chuyển một chặng đường dài từ bầu khí quyển đến mặt đất với mật độ hàng triệu tỉ hạt mỗi phút, và đâm xuyên vào lòng đất với độ sâu cả ngàn mét trước khi phân hủy thành eletron và neutrino.

Muon có khối lượng nặng hơn electron tới 200 lần, do đó không bị nhanh chóng hấp thụ vào các khối vật chất. Vì không mất nhiều năng lượng khi di chuyển nên chúng có thể thâm nhập sâu hơn vào vật liệu so với tia X hoặc các dạng bức xạ khác.

Muography hay Muon Scattering Tomography (MST) là công nghệ chụp cắt lớp để xác định cấu trúc của chủ thể nghiên cứu, với cơ chế hoạt động tương tự như kỹ thuật chụp X-quang trong y khoa nhằm xác định những bất thường trong cơ quan nội tạng.

Tuy nhiên thay vì dùng tia photon năng lượng cao như tia X, MST sử dụng các chùm hạt muon từ tia vũ trụ.