Nel mondo ci sono circa 30.000 acceleratori di particelle e di questi solo una piccola parte sono usati per fare ricerca in fisica nucleare e subnucleare: molti sono utilizzati per la caratterizzazione di materiali, per la medicina, per studi scientifici di altre discipline e qualcuno è in posti davvero inaspettati. Aggirandosi nei sotterranei del Louvre, tra opere d’arte in fase di restauro e fantasmi, per esempio, ci possiamo imbattere in un piccolo acceleratore di protoni. La presenza di un apparato del genere in uno dei musei più famosi del mondo potrebbe sembrare strana, ma non lo è: anzi, AGLAE, così si chiama, è solo uno dei tanti acceleratori che in giro per il mondo sono stati costruiti per agevolare il lavoro di storici dell’arte e restauratori.

Un fascio di protoni o di ioni può in effetti essere molto utile quando si tratta di analizzare un campione. Immaginiamo di avere un certo numero di opere, attribuite tutte allo stesso autore e dello stesso periodo: conoscendo la composizione chimica dei pigmenti, soprattutto se consideriamo che fino a non molti decenni fa gli artisti preparavano in modo più o meno artigianale i propri colori, possiamo stabilire se un’opera di attribuzione dubbia è compatibile con le altre. Questo può aiutarci, per esempio,  a ricostruire come si sono sviluppate alcune tecniche artistiche, seguendo l’apparizione di determinati materiali in regioni diverse. Per fare analisi chimiche dettagliate, però, è di solito necessario asportare un campione di materiale e procedere a un’analisi distruttiva. In molti casi questo non è possibile, o quantomeno ci si trova ad affrontare una forte riluttanza:  è qui che il nostro acceleratore entra in gioco.

Bombardando con un fascio di protoni a bassa energia un materiale, provochiamo l’asportazione di elettroni dagli atomi del materiale stesso: i protoni sono in grado di strappare elettroni che stanno sugli strati più vicini ai nuclei del bersaglio, lasciando al loro posto delle lacune. Gli elettroni degli strati più alti, trovando un livello vuoto più in basso, lo vanno a occupare, emettendo raggi X o gamma. Le energie di questi raggi X e gamma sono caratteristiche dei singoli elementi, quindi è possibile determinare con grande precisione l’abbondanza di tutti gli elementi del bersaglio: ciò che è più importante, questa procedura non danneggia il campione, e per questo è così utile per le opere d’arte. A seconda che si vadano a misurare raggi X o gamma si parla di tecnica PIXE o PIGE (Proton Induced X/Gamma Emission).

Come già accennato, AGLAE a Parigi non è unico nel suo genere. In Italia ci sono almeno due importanti gruppi che hanno sviluppato metodologie simili e per certi versi complementari. La sezione di Firenze dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è stata pioniera in questo genere di attività, avendo operato per molti anni un acceleratore elettrostatico, nella vecchia sede di Arcetri, e avendo oggi nella nuova sede di Sesto Fiorentino un acceleratore Tandem dedicato completamente a questo filone di ricerca. Molte opere sono state analizzate a Firenze dal LABEC (Laboratorio BEni Culturali), di cui una è particolarmente interessante anche per noi scienziati, chiudendo idealmente il circolo. A metà degli anni Novanta erano noti parecchi fogli manoscritti di Galileo Galilei, che descrivono esperimenti e osservazioni sugli studi del moto. Questi fogli sparsi erano di difficile datazione, praticamente erano gli appunti di laboratorio presi su fogli a casaccio, nell’arco di anni, e nemmeno si sapeva quanti ne fossero andati perduti. Dall’incontro del ricercatore americano Wallace Hopper con il fiorentino Pier Andrea Mandò, venne fuori l’idea vincente: analizzare con la tecnica PIXE gli inchiostri. Essendo anche l’inchiostro di Galileo artigianale, doveva essere possibile identificare le varie “partite” e raggruppare i fogli in modo da facilitare il lavoro degli storici. Il lavoro durò anni, ma dette i risultati sperati: oggi i fogli sparsi di Galileo non sono più sparsi e possono essere studiati in ordine cronologico. Questo successo fece da apripista per l’ampliamento del laboratorio, che è a tutt’oggi all’avanguardia nel mondo.

Insieme ai fiorentini, i fisici dei Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN hanno sviluppato degli apparati portatili che consentono di andare a fare analisi PIXE dove stanno le opere d’arte. Questo è essenziale per opere architettoniche, affreschi, mosaici e qualunque altra cosa sia troppo grande o fragile per essere movimentata. L’idea è la stessa, soltanto, invece di avere un fascio di protoni accelerati, si usa una sorgente di particelle alfa in un’opportuna schermatura.

Tutti insieme, questi strumenti rappresentano una potentissima arma a disposizione degli studiosi della storia dell’arte, garantendo analisi di grande accuratezza assolutamente non distruttive. In questi giorni verrà presentato il programma di upgrade di AGLAE, a dimostrazione che strumenti sempre più accurati e in grado di fare analisi su superfici sempre più piccole è considerato prioritario non solo da noi… anche se, con il patrimonio artistico e culturale che abbiamo la fortuna di avere in Italia dovremmo considerare questo genere di ricerca un nostro dovere morale o quasi!

 


Immagine di copertina: HUANG Zheng by Shutterstock