При помощи ускорителя элементарных частиц можно определить, когда что-то было сделано

Физика на службе у настоящего искусства

Оказывается, физики, занимающиеся элементарными частицами, могут оказать неоценимую помощь искусствоведам! Особенно тогда, когда речь идет об определении подлинности того или иного произведения искусства. Существует специальная методика PIXES, благодаря которой при помощи ускорителя элементарных частиц можно определить, когда был сделан образец.

Фото:

Бытует мнение, что методы и разработки, которыми пользуются физики, изучающие элементарные частицы, никому, кроме них самих, не нужны. Отсюда возникает заблуждение, весьма популярное в массах (в том числе и среди наших соотечественников), что будто бы строительство всех этих ускорителей и прочих таинственных приборов, а также финансирование фундаментальных исследований — пустая трата денег налогоплательщиков. Мол, при нашем хроническом кризисе с бюджетом и так плохо, лучше бы эти деньги на что-то полезное пустить, а так только на ветер выбрасываются (да и не на простой, а на плазменный…).

Конечно же, подобное утверждение ошибочно. Те, кто повторяют его, просто не помнят, кому именно они обязаны тем, что пользуются современными благами цивилизации. А обязаны они, как это ни странно, именно ученым, которые много лет назад занимались фундаментальной наукой. Так, например, без электродинамических уравнений Максвелла вряд ли была бы сейчас возможна электрификация всего мира, и, следовательно, мы не могли бы пользоваться множеством вещей: от электрочайника до интернета. А ведь Джеймс Максвелл не был первопроходцем в этой сфере, электричеством занимались и до него. И все эти исследования были исключительно фундаментальными — то есть, не приносящими практической пользы прямо "здесь и сейчас".

Таких примеров можно привести много. Какую сферу современной жизни ни возьми — любые плоды прогресса окажутся выращенными на стволе, созданном многочисленными фундаментальными исследованиями. Как показывает практика, "умельцев-одиночек", не знающих фундаментальных наук и при этом являющихся достаточно успешными изобретателями (вроде Ивана Петровича Кулибина), всегда было очень мало, фактически единицы. В основном блага цивилизации разрабатывались большими группами ученых, среди которых роль "локомотивов" выполняли именно "теоретики".

То же самое можно сказать и про тех, кто изучает свойства элементарных частиц. Без их, на первый взгляд, совершенно далеких от повседневной жизни, исследований не было бы ни атомной энергетики, ни ядерной медицины, ни ставшей уже банальной рентгенографии. Однако, как выясняется, данные физики, вопреки заблуждениям, могут проводить работы, приносящие пользу не через несколько десятков лет, а именно "здесь и сейчас". Например, помогать искусствоведам оценивать шедевры на предмет их подлинности.

Следует заметить, что подобная оценка — занятие весьма тяжелое. Недаром экспертов по определению подлинности произведений искусства всегда было немного. Есть даже такая шутка, что это — самые неподкупные и честные люди на Земле. Поскольку ни у кого не хватит денег на то, чтобы их подкупить — ведь у такого эксперта единственное что есть, это репутация, а при одном лишь случае жульничества она будет потеряна. Именно из-за этого эксперт при обсуждении взятки всегда вносит в нее сумму тех заказов на оценку, которые будут для него потеряны вместе с репутацией. А они воистину астрономические.

Однако, даже несмотря на такую неподкупность и обширнейшие знания, экспертам иногда свойственно давать неверные заключения. Хорошим примером может служить история с поддельными полотнами голландского художника Йоханиса Вермеера ван Дельфта, которая случилась в середине XX столетия. Их автором был поклонник творчества этого художника живописец Хан ван Меегерен. Он создал более десятка картин, которые выдал за якобы утраченные, а потом найденные полотна великого Вермеера, творившего в XVII веке.

Все эти картины были проданы ван Меегереном, который получил за них в общей сложности около 30 тысяч долларов (на современные деньги). И, что интересно — при каждой сделке присутствовали эксперты, которые не смогли разоблачить обман. Это открылось лишь позже, когда талантливый аферист попал под суд и сам сказал об этом. Кстати, позже была проведена рентгенография этих картин, и она показала, что действительно Вермеер не мог быть их автором (в частности, были обнаружены следы искусственного "состаривания" полотна).

Так вот, сейчас помочь решить проблему подлинности произведений искусства могут ученые, работающие на ускорителях элементарных частиц. Напомню, что ускорителями называются устройства, в которых с помощью электрических и магнитных полей получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и других заряженных частиц с энергией, значительно превышающей тепловую. И, кстати, некоторые из них весьма компактны, что тоже немаловажно для подобной работы.

Согласно сообщению журнала Physics Today, такие лаборатории уже работают при некоторых музеях, например, при парижском Лувре. Тамошние физики используют метод, который называется эмиссионная спектроскопия индуцированного частицами рентгеновского излучения (PIXES). Суть ее достаточно проста: ускоритель формирует пучок протонов, который затем направляется попадают на образец. В результате контакта пучка с произведением искусства (например, с поверхностью картины) там под его действием высвобождают электроны с внутренних оболочек атомов.

Далее другие электроны, находящиеся в тех же атомах, заполняют образовавшиеся вакансии. Но при этом они, переходя на более низкий уровень, теряют энергию — оно выделяется в виде рентгеновского излучения. А по его характеристикам ученые могут детально оценить элементный состав вещества. Следует заметить, что подобный метод, как показали опыты, не разрушает сами образцы произведений искусства.

Интересно, что данная методика уже хорошо зарекомендовала себя в археологии. Так, например, когда PIXES применяли для исследования монет Римской империи разных эпох, удалось четко отследить изменения их состава и определить, в какие времена государство чеканило "неполновесную" монету, где к серебру добавлялась медь и другие металлы (а это, в свою очередь, говорит об экономических кризисах). Также, изучая медные украшения XVIII столетия, найденные на территории США, ученые установили, из какого места для них бралось сырье. В ряде случаев было доказано, что медь была выплавлена на территории Англии или Франции (об этом сказал ее специфический изотопный состав). А эти данные говорят о торговых связях североамериканских колоний в то время и даже о политических предпочтениях жителей, их населяющих.

Позже данный метод использовался при определении времени создания некоторых полотен знаменитого Альбрехта Дюрера, который рисовал серебряным карандашом. Однако самому серьезному испытанию PIXES подверглась в 2011 году, когда физикам удалось разоблачить германскую преступную группу, успевшую продать более десяти картин, якобы созданных сюрреалистами и экспрессионистами начала ХХ века.

Именно этот анализ показал, что рамы четырех картин, которые создали якобы Генрих Кампендонк, Фернан Леже, Макс Пехштейн и Андре Дерен имеют общее происхождение (чего на самом деле быть не могло). Кроме того, ученым удалось установить, что на картинах, выдаваемых за подлинники, присутствовал титановый белый пигмент. Однако доподлинно известно, что в первой трети прошлого века это вещество не использовалось художниками.

Итак, после разоблачения аферистов (которые, кстати, выручили за свои подделки около 36 миллионов долларов) PIXES завоевал хорошую репутацию в мире искусствоведов. Однако это далеко не единственная методика, которую могут предложить физики. Также можно определять возраст и место изготовления какого-нибудь предмета с помощью масс-спектрометрия с ускорителем (AMS). Во время использования этого метода на образец направляется пучок ионов, разогнанных до весьма высоких кинетических энергий.

Это позволяет обнаружить в исследуемом предмете редкие радионуклиды и отделять друг от друга изотопы разных элементов с одинаковыми массовыми числами (например, ¹⁴N и ¹⁴C), что весьма непросто. А такие данные, в свою очередь, дадут полное представление о месте и времени изготовления предмета. Кстати, именно AMS использовалась при исследовании возраста и места изготовления знаменитой Туринской плащаницы, и именно эти исследования показали, что полотно плащаницы было изготовлено в Южной Европе не раньше XIII века нашей эры.

Читайте также: Математики на службе у искусства

Итак, как видите, ускорители элементарных частиц можно использовать и во вполне "мирных" целях для решения повседневных проблем. Поэтому теперь искусствоведы при возникновении спорной ситуации все чаще обращаются к физикам. Ведь, в отличие от людей, элементарные частицы никогда не врут…