Sfruttare la scienza per salvare la storia

Ho ricevuto la segnalazione e la richiesta di arricchire questo blog con un contributo non scritto da me. Ovviamente tale richiesta non mi ha fatto altro che piacere poiché lo scopo di questo blog non è certo mettere in mostra le mie qualità ma piuttosto avvicinare i non addetti ai lavori al mondo della scienza e della (astro)fisica in particolare. Quindi se volete contribuire non vi resta che scrivermi al mio indirizzo e-mail: sciarlariello(at)quantizzando.it

Ma ora ricominciamo da capo.

Oggi ho l’enorme piacere di avere come prima ospite Claudia Violante.
Claudia è una studentessa all’ultimo anno di dottorato al dipartimento di fisica dell’Università di Roma Tor Vergata (e quindi in bocca al lupo!).

La sua attività di ricerca è nel campo della fisica teorica della materia condensata e, in particolare, lei si occupa di metodi ab-initio, cioè a “principi primi”, per lo studio ed il calcolo delle proprietà strutturali, elettroniche, ottiche e vibrazionali dei sistemi a molti corpi come solidi, superfici e biopolimeri. Recentemente, Claudia si è dedicata in particolare allo studio delle proprietà fisico-chimiche della cellulosa e dei suoi processi di ossidazione, con lo sguardo rivolto alle applicazioni nel campo dei beni culturali.
Il lavoro interessantissimo (che tra pochi istanti andremo a leggere direttamente dal contributo che Claudia mi ha inviato) riguarda, come da titolo di questo post (suggerito da Claudia stessa, tra l’altro), l’utilizzo della scienza, in particolare della meccanica quantistica per riuscire a preservare il famoso autoritratto di Leonardo da Vinci.
Questo lavoro è stato svolto principalmente da tre gruppi di ricerca. Un gruppo di fisici teorici della materia (di cui Claudia fa parte), il Condensed Matter Theory Group dell’Università di Roma Tor Vergata, guidato dalla prof.ssa Olivia Pulci, che, tra le altre cose, si è occupato delle simulazioni “ab-initio” basate sulla meccanica quantistica di cui si discorreva qualche riga più sopra.
E poi due gruppi sperimentali: il gruppo di fisica di Mauro Missori, dell’Istituto dei Sistemi Complessi del CNR di Montelibretti, che, tra le altre cose, ha svolto in pratica le misure sull’autoritratto di Leonardo da Vinci e sui campioni di carta antica ed invecchiata artificialmente, utilizzati come modelli di riferimento; il gruppo di chimica di Joanna Lojewska, della Jagiellonian University in Polonia, che, tra le altre cose, ha fornito i campioni usati come modelli di riferimento.
Bene, dopo questa doverosa introduzione affidiamoci alle parole di Claudia che ci racconta (con qualche bella immagine) in cosa consiste il lavoro che lei e i suoi collaboratori hanno svolto. Buona lettura!
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La carta è stata per secoli il principale mezzo di conservazione e diffusione delle informazioni e della cultura dell’umanità. Tutt’oggi, nonostante l’avvento dei dispositivi elettronici, continua a svolgere questo ruolo.
L’autoritratto di Leonardo da Vinci è uno dei simboli più preziosi della nostra storia, che si trasmette alle future generazioni proprio attraverso il supporto della carta. L’invecchiamento di quest’ultima costituisce però un serio problema per l’artefatto in questione, severamente minacciato dall’ineludibile trascorrere del tempo.
Al giorno d’oggi il capolavoro appare profondamente rovinato: l’ingiallimento della carta su cui è presente il disegno in sanguigna di un Leonardo sessantenne, e la presenza delle tipiche macchie rossastre (dette macchie di foxing), ne minano fortemente la visibilità.
Nel 1839 Carlo Alberto di Savoia comprò l’autoritratto per la Biblioteca Reale di Torino, dove è ancora gelosamente custodito, ma prima di questa data la storia del capolavoro è sconosciuta.
Si pensa tuttavia che il povero Leonardo ne abbia viste di cotte e di crude, passando da una mano all’altra, talvolta in condizioni “estreme” di conservazione.
 

 

Recto dell’Autoritratto
Verso dell’Autoritratto
 
 
Le attuali condizioni di conservazione, a temperatura ed umidità controllate ed al riparo dalla luce e da altri agenti nocivi, limitano l’avanzare dello stato di degradazione, ma il Leonardo va attentamente monitorato e decisioni riguardanti eventuali interventi di restauro non possono prescindere da una profonda conoscenza dei processi chimico-fisici che avvengono nella carta a livello nanoscopico e che ne provocano l’ingiallimento. 
 
E’ qui che entra in gioco la scienza: un’azione combinata di esperimenti e teoria può svolgere un ruolo essenziale nella comprensione dei processi alla base della degradazione dei supporti cartacei.
 
Gli esperimenti in questione devono essere tuttavia completamente innocui per l’autoritratto: non possiamo di certo rischiare di rovinare ulteriormente il capolavoro, con lo scopo finale di “salvarlo”!
L’idea è stata quindi quella di sfruttare tecniche sperimentali non invasive e non distruttive, basate su misure di riflessione ottica dell’autoritratto nel visibile e nel vicino ultravioletto.
 
 
 
 
Ma come risalire da questi esperimenti ottici alle trasformazioni subite dalla carta per via dell’invecchiamento a livello nanoscopico? E’ ben noto che i costituenti fondamentali della materia, a causa delle loro dimensioni ridotte, non ubbidiscono alle leggi della fisica classica, bensì a quelle della meccanica quantistica.
Uno studio a livello nanoscopico di un tale oggetto, quindi, non può prescindere dalla meccanica quantistica: per tale motivo, al fine di interpretare gli esperimenti, sono stati sfruttati modelli teorici quantistici in grado di descrivere i cosiddetti sistemi a molti corpi (cioè sistemi costituiti da un elevatissimo numero di atomi ed elettroni) il cui comportamento è talvolta intrigante e molto complicato da descrivere.
 
La nostra idea è stata quindi quella di combinare esperimenti di riflessione ottica (completamente inoffensivi), sviluppare una nuova analisi dei dati ed applicare raffinati metodi basati sulla meccanica quantistica al fine di investigare nel profondo il processo di degradazione della carta e poter dare un contributo concreto alla salvaguardia dell’autoritratto.
 
La carta antica, come quella su cui è disegnato il volto di Leonardo, è costituita principalmente da cellulosa, un biopolimero lineare formato da atomi di carbonio, ossigeno ed idrogeno. 
L’interazione con la luce del sole, l’ossigeno atmosferico, i radicali, l’umidità ed altri agenti chimici, può causare processi di ossidazione, che portano alla formazione di cromofori all’interno della cellulosa.
 
I cromofori sono insiemi di atomi in grado di cambiare il modo in cui la cellulosa risponde alla luce e di variarne quindi il colore. Sono loro i responsabili dell’ingiallimento della carta!
Il nostro metodo permette di studiare la natura e stimare la quantità di tali cromofori e, sulla base di ciò,  valutare innanzitutto lo stato di degradazione dell’autoritratto: una ripetizione dell’analisi tra qualche tempo può quindi consentire una stima della velocità di degradazione e dare informazioni sulla necessità o meno di rapidi interventi.

Il confronto con campioni di riferimento ci ha permesso di ipotizzare che l’autoritratto sia stato a lungo soggetto a forti condizioni di umidità e mancanza di areazione. In effetti, è noto che per due anni (1929- 1930) il povero Leonardo è stato tenuto dietro un vetro e completamente esposto al sole… madornale errore!
 
La ricerca sulla carta antica è una sfida ancora aperta e di fondamentale importanza perché, aprendo una finestra sul passato, ci permette di costruire un ponte verso il futuro.
Il nostro lavoro è il primo passo verso una maggiore comprensione della natura e della velocità dei processi che avvengono a livello nanoscopico e che possono minacciare seriamente la vita dell’autoritratto di Leonardo da Vinci. 
L’obiettivo finale è quello di preservare a tutti i costi quest’icona della cultura e “consegnarla” ai posteri.  Come disse Tennesse Williams: “ How beautiful it is and how easily it can be broken”. 
 
Claudia Violante
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Bene, spero questa prima “ospitata” sia stata di vostro gradimento. Un grosso ringraziamento va fatto a Claudia per il suo lavoro e per la passione che mette in quello che fa. Come vedete la scienza è importante e sono davvero contento che abbia voluto condividere con noi non-esperti i dettagli del suo lavoro in maniera più comprensibile.
Ultime due cosette. Se volete leggere il lavoro vero con tutti i dettagli scientifici e tecnici potete trovare l’articolo scientifico scritto da Claudia e dal suo gruppo di ricerca qui, dove troverete anche tutti i dettagli per contattare Claudia qualora vogliate ulteriori chiarimenti (oppure potete scrivere a me che girerò tutte le vostre domande a Claudia o ancora potete commentare questo post qui sotto).

Alla prossima, con il prossimo ospite!

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