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Opere di Galileo e Leonardo lette con tecniche di fisica nucleare Pier Andrea Mandò Dipartimento di Fisica e Sezione INFN - Firenze Roma, 5 maggio 2005.

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Presentazione sul tema: "Opere di Galileo e Leonardo lette con tecniche di fisica nucleare Pier Andrea Mandò Dipartimento di Fisica e Sezione INFN - Firenze Roma, 5 maggio 2005."— Transcript della presentazione:

1 Opere di Galileo e Leonardo lette con tecniche di fisica nucleare Pier Andrea Mandò Dipartimento di Fisica e Sezione INFN - Firenze Roma, 5 maggio 2005

2 La nuova Scienza per i Beni Culturali Chimica, fisica, scienze della terra, biologia, con le rispettive tecnologie, sono diventate estrememente importanti per lo studio e la salvaguardia del nostro patrimonio storico e artistico Un fatto ormai ampiamente riconosciuto anche dalla stessa comunità umanistica E reciprocamente, le istituzioni scientifiche hanno preso consapevolezza dellimportanza di questa integrazione di culture

3 Ruolo della Scienza per i Beni Culturali Schematizzando, sono due i campi in cui le discipline scientifiche hanno una funzione cruciale: 1) conoscenza delle opere e del loro stato di salute 2) conservazione e restauro

4 La Fisica riveste oggi un ruolo dominante nel primo campo, quello della diagnostica principalmente grazie al carattere non invasivo della grande maggioranza delle tecniche fisiche Ruolo della Fisica per i Beni Culturali

5 E qual è lo specifico contributo della Fisica Nucleare alla nuova Scienza per i Beni Culturali? datazioni di reperti 14 C (radiocarbonio) analisi di materiali tecniche IBA

6 1). 1) Storici dellarte, archeologi, storici della scienza e delle tecnologie,.... informazioni specifiche su singole opere informazioni più generali su tecnologie di produzione, fonti di approvvigionamento, canali di scambio commerciali nel passato,.... Analisi di composizione di materiali in archeometria: a chi serve, e per sapere cosa 2) Conservatori e restauratori conoscenza dello stato di degrado conoscenza dei materiali originali per scegliere la tecnica e i materiali dellintervento conservativo

7 Ion Beam Analysis (IBA) materiale da analizzare fascio di particelle rivelatore radiazione di energia caratteristica spettro di energie segnali

8 Ion Beam Analysis (IBA)

9 a gamma ray (PIGE) X ray (PIXE) Elastically scattered particle (RBS) Ion Beam Analysis

10 PIXE (Particle-Induced X ray Emission) Analisi molto veloce, sensibile, non distruttiva Analisi quantitativa Tutti gli elementi a partire dal Na (incluso) rivelati simultaneamente

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12 Un sistema di misura essenziale in campo archeometrico: il set-up di fascio esterno 1 cm

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14 Analisi PIXE con fascio esterno del frontespizio del Pl.16,22, dalla Biblioteca Laurenziana di Firenze Analisi di manoscritti antichi,...terrecotte invetriate, Analisi del Ritratto di fanciullo di Luca Della Robbia – prima del restauro allOpificio delle Pietre Dure di Firenze

15 Misure micro-PIXE del Ritratto di Lucas de Leyde di Albrecht Dürer A.Duval et al., (Laboratori del Louvre)...analisi di disegni,...gioielli, Misure micro-PIXE di un ornamento messicano in lega doro G.Demortier and J.L.Ruvalcaba Sil (Namur)

16 ...o di qualunque altra cosa possa interessare

17 Analisi di documenti di interesse storico Una lettera di Galileo durante lanalisi PIXE con fascio esterno al vecchio acceleratore di Firenze (INFN FI, Bibl.Naz. FI, MPI Berlin) Misure PIXE per determinare quantitativamente la composizione di inchiostri antichi Contributo importante alla ricostruzione cronologica degli appunti di Galileo sul moto

18 Inchiostri metallo-gallici miscele di vetrioli (solfati di ferro e altri metalli, che spesso ne contengono diversi in quantità rivelabili) con tannini (essenze vegetali estratte dalle noci di galla)

19 Caratterizzazione PIXE degli inchiostri metallo-gallici i parametri caratterizzanti più utili sono i rapporti fra le quantità dei diversi metallii parametri caratterizzanti più utili sono i rapporti fra le quantità dei diversi metalli le quantità relative di Fe, Cu, Zn, Pb, Ni, Mn possono variare di molto fra inchiostro e inchiostrole quantità relative di Fe, Cu, Zn, Pb, Ni, Mn possono variare di molto fra inchiostro e inchiostro

20 Come si discriminano inchiostri diversi con PIXE

21 GALILEO E IL MOTO NATURALE Le idee di Galileo sul moto naturale sono evolute nel corso della sua vita ( ) da convincimenti tradizionali alle idee assolutamente moderne riportate nelle Due nuove scienze (1638). Le idee di Galileo sul moto naturale sono evolute nel corso della sua vita ( ) da convincimenti tradizionali alle idee assolutamente moderne riportate nelle Due nuove scienze (1638). Il cammino concettuale attraversato per raggiungere la sistematizzazione finale è testimoniato direttamente in circa 200 fogli manoscritti contenenti proposizioni, schizzi di disegni, note di esperimenti, calcoli. Questi fogli sono adesso raccolti in un volume, Ms.Gal.72, del fondo galileiano della Biblioteca Nazionale di Firenze Il cammino concettuale attraversato per raggiungere la sistematizzazione finale è testimoniato direttamente in circa 200 fogli manoscritti contenenti proposizioni, schizzi di disegni, note di esperimenti, calcoli. Questi fogli sono adesso raccolti in un volume, Ms.Gal.72, del fondo galileiano della Biblioteca Nazionale di Firenze

22 Sequenze di numeri e calcoli apparentemente senza nesso

23 Note di esperimenti e calcoli

24 Vari teoremi in bellordine Glosse, sottolineature

25 Correzioni e cancellature

26 Altri esempi

27 GALILEO E IL MOTO NATURALE questi fogli manoscritti non sono datati questi fogli manoscritti non sono datati è evidente che molti sono stati scritti in tempi successivi, con correzioni, cancellature e aggiunte è evidente che molti sono stati scritti in tempi successivi, con correzioni, cancellature e aggiunte

28 Problemi che si cerca di risolvere studiando i fogli manoscritti quando Galileo capì le relazioni quantitative corrette tra spazio, tempo e velocità nel moto naturale, lindipendenza dei moti simultanei e le regole che governano il moto parabolico dei proiettili?quando Galileo capì le relazioni quantitative corrette tra spazio, tempo e velocità nel moto naturale, lindipendenza dei moti simultanei e le regole che governano il moto parabolico dei proiettili? effettuò veramente certi esperimenti che successivamente descrisse nei Discorsi?effettuò veramente certi esperimenti che successivamente descrisse nei Discorsi? quando corresse gli errori nei quali lui stesso incorse durante levoluzione delle sue idee?quando corresse gli errori nei quali lui stesso incorse durante levoluzione delle sue idee?

29 IL PROGETTO GALILEO-PIXE Lidea è stata quella di datare indirettamente i documenti con unanalisi PIXE della composizione degli inchiostri usati da Galileo Lidea è stata quella di datare indirettamente i documenti con unanalisi PIXE della composizione degli inchiostri usati da Galileo

30 IL PROGETTO GALILEO-PIXE cronologia relativa dal confronto degli inchiostri in fogli diversi o in parti diverse allinterno dello stesso fogliocronologia relativa dal confronto degli inchiostri in fogli diversi o in parti diverse allinterno dello stesso foglio cronologia assoluta dal confronto degli inchiostri dei fogli con quelli di documenti datati (lettere, agenda personale)cronologia assoluta dal confronto degli inchiostri dei fogli con quelli di documenti datati (lettere, agenda personale)

31 Analisi PIXE preliminare di alcune lettere scritte da Galileo

32 Un database prezioso di inchiostri datati: la agendina di Galileo (Ms.Gal.26)

33 v(s), v(t), s(t) Foglio 128 il punto di partenza...che il grave cadente naturalmente vada continuamente accrescendo la sua velocità secondo che accresce la distanza dal termine onde si partì....

34 Datazione del f.128

35 v(s), v(t), s(t) Foglio 164v – il risultato finale...sunt inter se ut radices distantiarum...

36 Foglio 164v Penultima proposizione Ultime due righe

37 F. 164v - confronto fra le due proposizioni

38 Confronto fra fogli diversi (91v, 152r)

39 Collegamento tra il f.91v e il f.152r

40 f. 179v

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42 f. 179r

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44 f. 116v

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46 La struttura a strati delle pitture su tavola o tela Due problemi: 1) discriminare le componenti della vernice da quelle negli strati pittorici e nel fondo di preparazione 1) discriminare le componenti della vernice da quelle negli strati pittorici e nel fondo di preparazione 2) Rivelare gli elementi leggeri negli strati pittorici sottostanti la vernice (assorbimento degli X di bassa energia)

47 S. Giovanni e S. Paolo, pitture su tavola di Andrea di Bartolo (Siena, XIV sec.) Precedenti restauri incompiuti (inizio XX secolo) avevano lasciato in superficie parti scoperte dei differenti strati di pittura, del substrato di preparazione, o perfino del legno Certe volte può esser facile...

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49 ...ma non sempre è così facile!

50 Leonardo da Vinci Madonna dei fusi versione ex-Reford (collezione privata) Olio su tavola, 50 x 36 presumibilmente dipinto nel 1501

51 PIXE differenziale per distinguere i contributi dei differenti strati

52 Spettri PIXE a energie differenti 3 MeV 1.7 MeV Strato pittorico di azzurro (lapislazzuli) steso su preparazione di solfato di calcio

53 La struttura a strati delle pitture su tavola o tela Due problemi: 1) discriminare le componenti della vernice da quelle negli strati pittorici e nel fondo di preparazione 1) discriminare le componenti della vernice da quelle negli strati pittorici e nel fondo di preparazione 2) Rivelare gli elementi leggeri negli strati pittorici sottostanti la vernice (assorbimento degli X di bassa energia)

54 oltre a PIXE, oltre a PIXE, uso simultaneo di PIGE per rivelare gli elementi leggeri

55 Arrivo in laboratorio

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57 mentre si sistema nel punto di misura...

58 durante lanalisi

59 Questa vernice è risultata non puramente organica. Modeste concentrazioni di elementi inorganici sono state dedotte dagli spettri PIXE ottenuti alle energie di fascio più basse, quando i protoni non raggiungono gli strati di pittura e di preparazione. Ca Fe Cu Zn b) Spettri tipici della vernice relativi a: a) elementi a basso Z; b) elementi ad alto Z Lo spessore dello strato di vernice, dedotto dal confronto dei diversi spettri di PIXE differenziale, varia fra ~30 e ~ 50 micron Cl Si Al Ca S Fe Na Mg P K a) Ar (from air) Composizione della vernice

60 abcdabcd b d c Hg uso del cinabro come pigmento rosso Pb bianco di piombo, sia nello strato pittorico che nel substrato di preparazione. Ca FeHg Pb I picchi del Ca e del Fe sono interamente dovuti alla presenza di quegli elementi nella vernice Hg Pb a Hg Pb Ca Fe Incarnato

61 Rocce Queste aree sono caratterizzate da pigmenti contenenti grosse quantità di Fe (probabilmente terre). Abbiamo anche osservato la presenza di Cu o Hg, a seconda della particolare sfumatura cromatica (rispettivamente verdastra o rossastra). Nelle zone più chiare si rileva Pb anche nello strato pittorico ( bianco di piombo per schiarire). Nel primo spettro in alto (energia di fascio più alta) Fe e Cu derivano principalmente dallo strato pittorico: solo il 2% dellarea del picco di Cu (5% per il Fe) sono dovuti alla vernice. Ca Fe Cu Pb

62 Cu Zn Ca Fe Cu Zn Zone verdi Il rame è lelemento caratterizzante lo strato pittorico in tutte le aree verdi analizzate. Nellesempio riportato, il primo spettro mostra grandi quantità di Cu (solo lo 0.4% è dovuto alla vernice). A energie di fascio minori, il picco del Cu diminuisce e quello dello Zn, dovuto alla vernice, diviene rivelabile. Anche il Fe è presente nello strato pittorico, probabilmente dovuto a terre mescolate al verde (il contributo al picco del Fe dovuto alla vernice, nello spettro a 2.8 MeV, è soltanto l8% circa). Fe Cu Pb Cu Ca Fe Ca Fe Zn

63 Identificazione del lapislazuli con PIGE Manto della Vergine, blu scuro, restaurato Co (blu cobalto) e Zn (bianco di zinco) indicano che questa è una parte ritoccata. Zn Co Ca Fe spettri PIXEspettri PIGE Montagne, azzurro chiaro, originale Il Pb nello spettro PIXE deriva in gran parte da bianco di piombo mescolato al pigmento blu Ca Fe Pb 441 keV (Na)

64 nuove misure sono in corso...

65 gennaio 2005 Analisi PIXE-PIGE di un disegno su carta preparata di Leonardo o scuola

66 Preparazione cinabro/bianco di Pb Punta Cu Mappa Cu 2 mm Mappa Pb Punta Pb

67 Le lenti di Galileo e dei successori in collaborazione con il Museo di Storia della Scienza di Firenze

68 Presso il Polo Scientifico dellUniversità degli Studi di Firenze, Sesto Fiorentino

69 grazie mille per lattenzione!

70 Rocce, marrone chiaro Il 20% delllintensità del picco di Fe e l8% di quella del Cu sono dovuti alla vernice. Altri esempi di spettri PIGE Montagne, blu originale Come negli altri punti di blu originale, i picchi di Ca e Fe nello spettro PIXE derivano essenzialmente dalla vernice. spettri PIXE spettri PIGE Na Ca Fe Pb Ca Fe Cu Pb In questa area il contributo dello strato pittorico ai picchi di Fe e Cu è minore che in in altre aree dello stesso colore perché si trattava di un punto chiaro (per la stessa ragione si vede una quantità maggiore di Pb).


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