В свежем номере журнала Physics Today американские физики кратко охарактеризовали современные способы исследования произведений искусства и археологических артефактов с помощью ускорителей частиц.

Составить полный список таких методов авторы даже не пытались, отметив, что «искусствоведческие» ускорительные лаборатории могут иметь самые разные конфигурации и успешно работают, скажем, в Париже (при Лувре), Флоренции и Севилье. Намереваясь дать общее представление о перспективах исследований, учёные описали лишь две методики, которые применяются в американском Университете Нотр-Дам.

Первая, эмиссионная спектроскопия индуцированного частицами рентгеновского излучения (PIXES), относится к неразрушающим технологиям. Для анализа по методу PIXES формируется пучок протонов, которые попадают на образец и высвобождают электроны с внутренних оболочек атомов. Другие электроны заполняют образовавшиеся вакансии, рождая характеристическое рентгеновское излучение; регистрируя его, экспериментаторы оценивают элементный состав вещества. Можно сказать, что

PIXES представляет собой «усовершенствованный» рентгенофлуоресцентный анализ с возможностью послойного исследования микроскопических участков образца и повышенными точностью и чувствительностью.

Рис. 1. Статуэтка из коллекции Университета Нотр-Дам, найденная при раскопках мезоамериканских захоронений. Фигурка готова к PIXES-анализу: на неё выведен пучок частиц от электростатического ускорителя, а в левой части изображения находится кремний-литиевый детектор для регистрации характеристического рентгеновского излучения. (Иллюстрация из журнала Physics Today).

Методика PIXES уже использовалась при рассмотрении древних монет, где она помогает собирать информацию о процессе чеканки и отслеживать изменения состава (к примеру, в сложные времена серебро в римских динариях постепенно вытеснялось менее ценными металлами, что находит отражение в данных PIXES). В Университете Нотр-Дам также изучаются американские медные украшения, материал для которых могли добывать на месте либо импортировать из Великобритании или Франции. Результаты этого анализа позволяют судить о том, где в XVIII веке проходили границы колоний на Среднем Западе США.

PIXES применялась и для относительного датирования работ Галилея, написанных разными чернилами, и рисунков Дюрера, выполненных серебряным карандашом. Кроме того, эта методика зарекомендовала себя как надёжный способ выявления подделок, испытания которого прошли совсем недавно — в 2011-м, когда специалисты раскрыли германскую преступную группу, успевшую продать более десяти картин, якобы созданных сюрреалистами и экспрессионистами начала ХХ века. Прибыль от реализации подделок, выдаваемых за полотна Генриха Кампендонка, Макса Эрнста, Фернана Леже, Макса Пехштейна и других известных художников, составила около 36 миллионов долларов. При расследовании этого дела учёные (методами дендрохронологии) доказали, что деревянные рамы четырёх картин, которые приписывались Кампендонку, Леже, Пехштейну и Андре Дерену, имеют общее происхождение, а затем провели PIXES-анализ, обнаруживший титановый белый пигмент, в первой трети прошлого века ещё не вошедший в употребление.

Рис. 2. «Пейзаж с лошадьми», который фальсификаторы представляли как работу Кампендонка.

Вторая рассмотренная методика, масс-спектрометрия с ускорителем (AMS), родственна обычной масс-спектрометрии, которая уже давно используется для проверки провенанса тех или иных предметов. Перед исследованием ионы в AMS разгоняются до очень высоких кинетических энергий, что позволяет обнаруживать редкие радионуклиды и отделять друг от друга изотопы разных элементов с одинаковыми массовыми числами (например, ¹⁴N и ¹⁴C).

Поскольку AMS-анализ не требует объёмных образцов вещества и обходится несколькими десятками миллиграммов, этот метод хорошо приспособлен для определения возраста археологических и палеонтологических находок. Такое датирование дало прекрасные результаты при обследовании Туринской плащаницы и мумии Эци.