Die Wissenschaftler berichten in diesem Artikel über die Muographie einer archäologischen Stätte im dicht besiedelten Viertel „Sanità“ im Zentrum von Neapel, zehn Meter unter dem aktuellen Straßenniveau. Mehrere Detektoren, die Myonen – hochenergetische geladene Teilchen, die durch kosmische Strahlung in den oberen Schichten der Atmosphäre erzeugt werden – erkennen können, wurden unterirdisch in einer Tiefe von 18 m installiert, um den Myonenfluß über mehrere Wochen zu messen. Durch die Messung des Differenzflusses mit den aufgestellten Detektoren in einem weiten Winkelbereich haben sie ein Durchstrahlungsbild der oberen Schichten erstellt. Trotz der architektonischen Komplexität des Geländes haben die Forscher die bekannten Strukturen sowie einige unbekannte gut beobachtet. Eine der beobachteten neuen Strukturen ist mit der Existenz einer verborgenen, derzeit nicht zugänglichen Grabkammer vereinbar.
Überreste der antiken Neapolis mit ihren Gebäuden, Straßen, Aquädukten und Nekropolen, die von den Griechen ab der zweiten Hälfte des ersten Jahrtausends v. Chr. errichtet wurden, sind etwa zehn Meter unter dem heutigen Straßenniveau der Stadt Neapel begraben. Ein kleiner Teil dieses archäologischen Schatzes ist zugänglich, dank der unterirdischen Strukturen wie Wasserzisternen, die seit dem 16. Jahrhundert gebaut wurden, oder Luftschutzbunker, die während des Zweiten Weltkriegs gebaut wurden und versehentlich alte Kulturschichten durchqueren.
Systematische archäologische Ausgrabungen sind in Neapel nicht immer möglich, hauptsächlich wegen Sicherheitsbedenken für Gebäude und Straßen in den dicht besiedelten Stadtteilen. Die Ipogei dei Togati und die Ipogei dei Melograni, in Abb. 1 als Kammern 1 bzw. 4 bezeichnet, sind zwei bekannte griechische Grabkammern, die unterhalb des Sanità-Viertels von Neapel gefunden wurden. Die Gräber sind Teil der antiken Nekropole, die in diesem Gebiet im 6.–3. Jahrhundert v. Chr. angelegt wurde. Wunderschöne Fresken und Altreliefs wurden in diesen antiken Denkmälern gefunden, die von wohlhabenden hellenistischen Familien geschaffen wurden, wie in Abb. 2 gezeigt.
In diesem Gebiet, das später von einer dicken alluvialen Schicht bedeckt wurde, die alle Erinnerungen an die antike Präexistenz verbarg, war eine schnell wachsende Urbanisierung Entwicklung seit dem 16. Jahrhundert. Die neuen Konstruktionen, während sie die alten Denkmäler durchschneiden, haben sie oft eingebaut oder teilweise zerstört. Trotz der tiefgreifenden Veränderungen dieses Gebiets im Laufe der Zeit haben neuere Studien ermöglicht, die ursprüngliche Morphologie der antiken Nekropolenlandschaft mit Grabkammern herauszufinden, die sich entlang der Straße entwickelt hat, die vom Nordtor von Neapolis ausgeht.
Die Untersuchung der integrierten Standorttopologie mit 3D-Vermessungen führte zu der Hypothese eines möglichen Vorhandenseins zusätzlicher Bestattungshypogäen als Teil der hellenistischen Nekropole, wie in Abb. 1 dargestellt. Um diese Hypothese zu untersuchen, haben wir in dieser Arbeit die untersucht Ort mit der Myonen-Radiographie-Technik. Diese moderne Technik besteht aus der Messung des differentiellen Flusses von Myonen, Elementarteilchen, die natürlicherweise in den oberen Schichten der Erdatmosphäre produziert werden.
Das Winkel- und Impulsspektrum von Myonen, ihr Fluss sowie ihre Ausbreitungslänge durch verschiedene Materialien sind gut bekannt. Daher kann dieser ewige Myonenregen auf der Erdoberfläche für die Radiographie, daher die sogenannte Muographie, von massiven Zielen wie Vulkanen 1,2,3,4, unterirdischen Hohlräumen 5,6,7 und ägyptischen Pyramiden 8 verwendet werden. 9. Aufgrund ihrer nicht-invasiven Natur eignet sich diese Technik besonders für städtische Umgebungen, in denen die Anwendung aktiver Inspektionsmethoden wie seismischen Wellen oder Bohrlöchern nicht denkbar ist.
Das Forscherteam hat einen auf der Kernemulsionstechnologie 10 basierenden Detektor verwendet, der die höchste räumliche Auflösung bei der Messung ionisierender Teilchenspuren aufweist. Die Kernemulsion besteht aus winzigen Silberbromidkristallen, die in ein Gelatinebindemittel eingetaucht sind. Die Kristalle wirken als Sensoren, die durch den Ionisationsverlust eines hindurchgehenden geladenen Teilchens aktiviert werden. Der aktivierte Zustand der Kristalle bleibt bis zur chemischen Entwicklung des Emulsionsfilms erhalten. So wird eine Partikelspur aufgezeichnet, zunächst als Abfolge von aktivierten Kristallen, die später nach der Entwicklung zu einer Abfolge von Silberkörnern wird. Die gebildeten Spuren sind an vollautomatischen optischen Mikroskopen sichtbar, wo ihre Position und Richtung gemessen werden.
Emulsionsdetektoren sind einfach, äußerst kompakt und benötigen im Gegensatz zu elektronischen Detektoren keine Stromversorgung 10 oder Gaszuführung. Dadurch eignen sie sich besonders in rauer Umgebung wie in unterirdischen Anlagen oder auf Vulkanen. Es wurden haben zwei Detektormodule verwendet, die in Fig. 3 gezeigt und mit der gleichen Struktur zusammengesetzt wurden, bestehend aus einem Stapel von vier Filmen, 25 × 30 cmbreit und etwa 300 μm dick.
Jeder Emulsionsfilm wurde zur Licht- und Feuchtigkeitsundurchlässigkeit in einer Hülle versiegelt. Die Filmstapel wurden zwischen zwei flache Aluminiumplatten gelegt, die sowohl als Schutzschichten als auch als mechanischer Rahmen des Detektors dienten. Zwischen Deckplatte und Emulsionsfolie wurde eine dünne Weichgummischicht eingebracht, um den Druck gleichmäßig zu verteilen und empfindliche Schichten vor mechanischer Beanspruchung zu schützen.
Die Module wurden im Zeitraum vom 10. März bis 7. April 2018 horizontal für 28 Tage im sogenannten unterirdischen Raum „Chianca“ aufbewahrt, einem Keller, der etwa 18 m unter dem Straßenniveau liegt. Am Ende der Belichtung wurden die Stapel zerlegt und die Filme während des Transports in einer anderen Reihenfolge aufbewahrt. Emulsionsfilme registrieren alle geladenen Teilchen, die die empfindlichen Schichten passieren, bis sie entwickelt werden.
In einer einzelnen Emulsionsplatte können während der Belichtungszeit aufgezeichnete Spuren nicht von den anderswo integrierten Spuren unterschieden werden. Um diese Mehrdeutigkeit zu lösen, verwenden wir normalerweise einen Stapel von zwei oder mehr Emulsionsfilmen, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind, und das Mustervergleichsverfahren, um diese während der Belichtung integrierten Spuren zu identifizieren. Dieses Verfahren zeigt eine Reinheit von mehr als 95 %.
Alle Emulsionen wurden am nächsten Tag nach der Detektorextraktion in Neapel entwickelt.
Normalerweise reichen zwei aufeinanderfolgende Platten für eine eindeutige Rekonstruktion aus. In diesem Experiment wurden Stapel von vier Filmen in zwei Dubletten geteilt. Jede Dublette wurde unabhängig in einem der beiden mit Hochleistungsscansystemen ausgestatteten Scanlabors analysiert: Neapel (Italien) und Nagoya (Japan). Sowohl die Scan- als auch die Analyseketten, die in zwei Labors angewendet wurden, waren unabhängig. Die Endergebnisse sind vollständig kompatibel, was die hohe Qualität beider Verarbeitungen bestätigt.
