# 缪子透视金字塔 拉普拉斯的迷你世界 · 图版 F57 · 能源、航天与探测 · 探测 > 宇宙线产生的缪子，能穿过几十米石头。按方向数它们，2017 年在胡夫金字塔里，看到大走廊上方一个空腔，至少 30 米长。 - 可交互的模型：https://world.lapla.si/zh/muography/ - 嵌入页：https://world.lapla.si/embed/zh/muography/ - English：https://world.lapla.si/en/muography/ - 更新于：2026-10-28 ## 01 大走廊上方的空腔 2017 年 11 月，埃及、日本和法国的研究者在《自然》上报告：胡夫金字塔大走廊的上方有一个空腔，至少 30 米长，截面和大走廊相近。论文说，这是 19 世纪以来在这座金字塔里发现的第一个大型内部结构。 没有挪动一块石头。三种探测器记录穿过金字塔的缪子：王后墓室里的核乳胶片和闪烁体探测器，北面外的气体探测器。三组人各自分析，都在同一处看到比预期多的缪子。 它的形状还不知道：可能是一个，也可能是几个挨着的；可能水平，也可能倾斜。它做什么用，论文说没有任何信息。剖面上的红色斜线只标出多出来的缪子指向的位置。 *至少 30 米长 · 截面与大走廊相近 · 三种探测器* ## 02 从天上来的缪子 宇宙线大多是质子，打进大气层后撞上空气的原子核，产生的 π 介子和 K 介子很快衰变，生成缪子。大部分缪子在约 15 千⁠米的高空产生。 缪子（又称 μ 子）带一个电荷，质量约是电子的 207 倍，平均寿命 2.2 微⁠秒。按这个寿命，光速飞也只有约 659 米；它们能到地面，是因为在地面上看，它们的时间变慢了：4 吉⁠电⁠子⁠伏的缪子平均能飞约 25 千⁠米才衰变。 在海平面，平放的探测器每平方厘米每分钟大约接到 1 个缪子，平均能量约 4 吉⁠电⁠子⁠伏。头顶方向来的最多，越斜越少，大致按天顶角余弦的平方减少。 *约 15 千⁠米高空产生 · 每平方厘米每分钟约 1 个 · 平均约 4 吉⁠电⁠子⁠伏* ## 03 穿过几十米石头 缪子在石头里不断电离原子、损失能量，能量够大的才穿得过去。石头越厚，要的能量越高，能穿过来的越少。 2017 年的分析把金字塔的石灰岩按每立方厘米 2.2 克算。按 PDG 的射程表，竖直穿过 50 米这样的石头，缪子的能量至少要约 24 吉⁠电⁠子⁠伏，穿过 100 米则要约 51 吉⁠电⁠子⁠伏。王后墓室上方有 65 到 115 米石头，论文说只有约 1% 的缪子到得了探测器。 一个方向上数到多少缪子，记下的是这个方向上一共有多少石头。方向上有一段是空的，石头就少了，穿过来的缪子就多。 *50 米：约 24 吉⁠电⁠子⁠伏 · 100 米：约 51 吉⁠电⁠子⁠伏 · 约 1% 到达* ## 04 比预期多的缪子 探测器记下每个缪子的来向。研究者先把已知的金字塔做成三维模型：外形、通道、墓室，算出每个方向应该来多少缪子，再和测到的比。 大走廊已经画在模型里，它让缪子变多，但在预期之内。测到的比预期还多、多出的部分又远超统计起伏，这样的方向指向一个没人知道的空处。 2017 年，闪烁体探测器在王后墓室的两个位置测到的多出部分是 5.2% 到 8.9% 和 8.9% 到 11%，大都超过 10 个标准差。右上图是本页模型在剖面这一个平面里算的比值。 *多出 5.2⁠–⁠8.9%（H1）· 8.9⁠–⁠11%（H2）· 大都超过 10 个标准差* ## 05 第一次用缪子找墓室 用缪子量头顶上的岩石有多厚，最早是 1955 年，在澳大利亚雪山的一条隧道里。真正拿它找密室，是 1960 年代的事。 Alvarez 带领埃及和美国的研究者，把探测器放进哈夫拉金字塔（吉萨第二金字塔）底部中央附近的 Belzoni 墓室：两层约 2 米见方的火花室，上下各有闪烁计数器。1968 年初开始记录，共测到一百多万个缪子，它们平均穿过约 100 米石灰岩。 数据按 3° × 3° 的方向格子排开，金字塔的四条棱清清楚楚。在以墓室为顶点、半角 35° 的圆锥里，也就是金字塔 19% 的体积里，没有像已知墓室那么大的空间。结果 1970 年发表在《科学》上。 *火花室 · 一百多万个缪子 · 探过 19% 的体积* ## 06 剖开金字塔 剖面是各条通道所在的南北竖直面，在金字塔中线以东约 7.3 米。下行通道从北面离地 17 米处斜着向下，倾角约 26.5°；上行通道从它中途分出，向上接到大走廊。 大走廊长 46.7 米、高 8.6 米。它的下端有水平通道通向王后墓室，墓室底面离地约 21 米；上端经过前室，通向花岗岩砌的国王墓室，底面离地 43 米，上面叠着五层低矮的空间。 金字塔原本底边 230.35 米、高约 146.7 米，这是 Petrie 1883 年的测量。今天顶上少了约 9 米，外面的包层也几乎都没了，露出一层层台阶。 *底边 230.35 米 · 原高约 146.7 米 · 大走廊 46.7 × 8.6 米* ## 07 核乳胶片 名古屋大学用的是核乳胶片：175 微⁠米厚的塑料片基，两面各涂 70 微⁠米厚的乳胶，乳胶里分散着溴化银晶体。带电粒子穿过时留下潜影，显影后成了一串银粒。 胶片不用电。它们放在王后墓室的西南角和东边一条窄的“壁龛”里，平均两个月换一次，在大埃及博物馆保护中心的暗室显影，再用显微镜扫描，位置精度约 1 微⁠米。 两处胶片分别曝光了 98 天和 140 天，共记下约 1060 万⁠条径迹。这个多出来的信号，最早就是在胶片上看到的。 *单张 30 × 25 厘⁠米 · 位置精度约 1 微⁠米 · 不用电* ## 08 闪烁体探测器 高能加速器研究机构（KEK）的探测器有四层塑料闪烁体条，每层 120 根，每根截面 1 × 1 厘⁠米、长 1.2 米。一层横一层竖叠成一组，两组上下相隔 1.5 米。 缪子穿过闪烁体时发出微弱的光，条中间的波长转换光纤把光导到端头的光电传感器。上下两组各定出一个点，两点连起来就是来向，角分辨约 7 毫⁠弧⁠度。 它实时出数据，要用电，约 300 瓦。2016 年 8 月装在王后墓室东南角，五个月记下 480 万⁠个事例；2017 年 1 月挪到西南角，两组的间距改成 1 米。 *1.2 × 1.2 米 · 480 根闪烁体条 · 角分辨约 7⁠–⁠10 毫⁠弧⁠度* ## 09 气体探测器 法国原子能委员会（CEA）的“望远镜”是四块叠起来的微网格结构气体探测器（Micromegas），每块 50 × 50 厘⁠米。缪子穿过时电离里面的气体，电子在强电场里倍增，被读出条记下，位置精度约 0.4 毫⁠米。 两台望远镜放在北面人字形石块前方 17 米和 23 米处，从外面朝大走廊的方向看。2017 年 5 月到 7 月，两台共重建了约 1290 万⁠条好的径迹；每台只耗电 35 瓦。 它们以 8.4 个标准差看到大走廊，以 5.8 个标准差看到它上方多出来的缪子。论文说，这是第一次有仪器从金字塔外面探测到深处的空腔。 *4 层 50 × 50 厘⁠米 · 角分辨 0.8⁠–⁠4 毫⁠弧⁠度 · 35 瓦* ## 10 人字形石块后面 北面原入口的上方，有两对人字形摆放的大块石灰岩。2016 年，核乳胶片在它们后面看到多出来的缪子。2019 到 2020 年，核乳胶片和气体望远镜进到下行通道里，又各测了几个月。 两组各自分析，结果写在 2023 年的《自然⁠·⁠通讯》上：一条水平的走廊，长约 9.1 米，宽约 2 米，高约 2 米，从人字形石块背后 0.84 米处向南延伸，底面离地约 20 米。 位置定到了几厘米。2023 年初，研究者从人字形石块下面的缝隙伸进内窥镜，第一次看到了这条走廊的内部。 *长 9.06 米 · 宽 2.02 米 · 高 2.18 米（名古屋）* ## 11 火山和反应堆 同一个办法也用在别处。在日本浅间山，离火口约 1 千⁠米的核乳胶看到了火口底下 100 到 200 米处密实和疏松的区域。 福岛第一核电站事故以后，人进不去反应堆。2015 年在厂房外给 1 号机组测缪子，原来的堆芯位置已经没有燃料，没有大于 1 米的块；2016 年测 2 号机组，压力容器底部有大量重的物质。 这些探测器放在建筑和山的旁边，朝接近水平的方向看。那里的缪子少，能量又高：福岛的装置里，仰角低于约 7⁠–⁠8° 的缪子测不准。 *浅间山：火口下 100⁠–⁠200 米 · 福岛 1 号机组（2015）· 2 号机组（2016）* ## 12 做不到的事 数到的缪子说的是一个方向上一共有多少石头，不是形状。空处的边在哪、是一个还是几个、水平还是倾斜，只靠计数分不清，大空腔的这些问题至今没有答案。 只有约 1% 的缪子穿得过来，又要按方向细分，所以要攒几个月；越接近水平的方向，缪子越少，越慢。北面走廊能定到几厘米，是因为它离探测器近，又从好几个位置测过。 缪子也说不出一个空间是做什么用的。论文对大空腔的用途没有作任何推测。 *看到的是石头总量 · 要几个月 · 不知用途* ## 13 拆开闪烁体探测器 放大的这台是王后墓室里的闪烁体探测器，按 1 : 12.5 画。上面一组和下面一组各有一层 X 条、一层 Y 条；每层的一边是读出板，一排光电传感器对着光纤的端头。 每根闪烁体条外面包着黑色的遮光层，切开的端面能看到透明的塑料和中间穿光纤的孔。两组装在铝框里，框架立在四根柱子上。 框架、柱子和读出电子学的样子是本页画的；论文给出的是层数、条数、尺寸和间距。 *上层 X / Y · 下层 X / Y · 上层框架 · 读出电子学* ## 14 实验台：按方向数缪子 拉杆把王后墓室里的探测器对准剖面里的一个方向，0° 是正上方，正的朝北。滑块选曝光天数。每按一次“开始计数”，都从零开始数。 右上图是每个方向测到的数和只算已知结构时的预期之比，竖线是统计误差。多数方向在 1 上下；穿过空腔的方向比 1 高。天数越多，误差越小，多出的部分越清楚。 这是模型：只算剖面这一个平面，空腔按大走廊的截面画，只有统计误差。真实的测量还要处理三维的方向、探测器的效率和模型本身的误差，所以用了几个月。 *读数：测到 / 预期 · 多出的标准差* **试一试**：把探测器从竖直慢慢转向北边：从哪个角度开始，数到的缪子比只算已知墓室和走廊时多？要数多少天，这个多出来的部分才超过 5 个标准差？ ## 模型省略了什么 金字塔按 Petrie 1883 年的测量画：外形、各条通道、大走廊和三个墓室的位置与大小都是测量值；减压室、大空腔的范围和人字形石块的位置是从论文的图上读的。石层画成 0.68 米一层，一样高；真实的石层高低不一。人字形石块周围的凹处按模型画大了一些，好让石块露出来。下行通道在岩石里还往下延伸到一个地下墓室，模型画到地面为止。大空腔画成一条有斜线的带子，因为它的形状不知道。闪烁体探测器画了两台：王后墓室里的一台和金字塔一样按 1 : 384 画，另一台放大，按 1 : 12.5 画，立在剖开的那一半原来的位置上。缪子的径迹是画出来的，真实的缪子看不见，速度接近光速。 ## 几个容易误会的地方 缪子成像不是拍照：它数的是穿过来的粒子，得到的是每个方向上的石头总量。缪子不是从探测器发出去的，它们来自天上，探测器只是接收。“空腔”只说明那里比预期少石头，不说明是房间、走廊还是几个小空间，也不说明里面有东西或没东西。北面走廊和大空腔看起来并不相通。这些缪子来自天然的宇宙线，每时每刻都在穿过地面上的一切，也穿过我们自己。 ## 常见问题 ### 胡夫金字塔里用缪子发现了什么？ 2017 年 11 月，埃及、日本和法国的研究者在《自然》上报告：胡夫金字塔大走廊的上方有一个空腔，至少 30 米长，截面和大走廊相近。 见：[01 大走廊上方的空腔](https://world.lapla.si/zh/muography/#void) ### 有多少缪子能穿过金字塔到达王后墓室？ 王后墓室上方有 65 到 115 米石头，论文说只有约 1% 的缪子到得了探测器。 见：[03 穿过几十米石头](https://world.lapla.si/zh/muography/#stone) ### 怎样从缪子的计数里找出空腔？ 研究者先把已知的金字塔做成三维模型：外形、通道、墓室，算出每个方向应该来多少缪子，再和测到的比。 见：[04 比预期多的缪子](https://world.lapla.si/zh/muography/#count) ### 人字形石块后面的走廊有多大？ 两组各自分析，结果写在 2023 年的《自然⁠·⁠通讯》上：一条水平的走廊，长约 9.1 米，宽约 2 米，高约 2 米，从人字形石块背后 0.84 米处向南延伸，底面离地约 20 米。 见：[10 人字形石块后面](https://world.lapla.si/zh/muography/#corridor) ### 大空腔是做什么用的？ 论文对大空腔的用途没有作任何推测。 见：[12 做不到的事](https://world.lapla.si/zh/muography/#limits) ## 资料来源 1. [Morishima 等（2017）：Discovery of a big void in Khufu’s Pyramid by observation of cosmic-ray muons，Nature 552, 386⁠–⁠390（预印本 arXiv:1711.01576）](https://doi.org/10.1038/nature24647) 2. [Procureur 等（2023）：Precise characterization of a corridor-shaped structure in Khufu’s Pyramid by observation of cosmic-ray muons，Nature Communications 14, 1144](https://doi.org/10.1038/s41467-023-36351-0) 3. [Alvarez 等（1970）：Search for Hidden Chambers in the Pyramids，Science 167, 832⁠–⁠839](https://doi.org/10.1126/science.167.3919.832) 4. [Petrie（1883）：The Pyramids and Temples of Gizeh，London](https://archive.org/details/pyramidstemples00petr) 5. [Beatty、Matthews、Wakely：Cosmic Rays，Particle Data Group, Review of Particle Physics（2022）](https://pdg.lbl.gov/2022/reviews/rpp2022-rev-cosmic-rays.pdf) 6. [Particle Data Group：Atomic and nuclear properties of materials（muon tables）](https://pdg.lbl.gov/2024/AtomicNuclearProperties/) 7. [Reyna（2006）：A simple parameterization of the cosmic-ray muon momentum spectra at the surface as a function of zenith angle，arXiv:hep-ph/0604145](https://arxiv.org/abs/hep-ph/0604145) ## 数据 The pyramid is built from W. M. Flinders Petrie’s survey (The Pyramids and Temples of Gizeh, 1883): the base, the slope, the passages, the Grand Gallery and the chambers at his measured sizes and positions. The relieving chambers, the Big Void’s band and the Chevron’s place are read off the figures of Morishima et al., Nature 552, 386 (2017) and Procureur et al., Nature Communications 14, 1144 (2023); the North Face Corridor is the 2023 paper’s fit (9.06 × 2.02 × 2.18 m). The courses are drawn 0.68 m high and the niche around the Chevron is sized for the model. The detectors are drawn from the papers’ descriptions: emulsion film units of 30 × 25 cm, a hodoscope of four layers of 120 scintillator bars (1 × 1 × 120 cm) in two units 1.5 m apart, gas telescopes of four 50 × 50 cm Micromegas planes. Frames, stands and electronics are the model’s. The laboratory and the stone curve are this page’s model: the sea-level muon spectrum of Reyna (2006), the PDG’s muon range in calcium carbonate, the pyramid as drawn, limestone at 2.2 g/cm³, statistics only. Material presets, parts and the softbox studio of the site’s model kit are ported from AirsupHQ/machine-skill (MIT, © 2026 Air Supply Technologies Inc.). ## 许可 CC BY-NC 4.0 本页的文字、图片和模型采用 CC BY-NC 4.0 许可：可以免费用于教学和其他非商业用途，可以修改，请注明出自 world.lapla.si。上面列出的第三方素材仍按各自的许可。 https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/deed.zh-hans ## 引用这幅图版 拉普拉斯的迷你世界，图版 F57《缪子透视金字塔》，https://world.lapla.si/zh/muography/，CC BY-NC 4.0，2026-10-28 更新。