本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
每个领域都有热情的专家之间的激烈辩论，艺术界也不例外。例如：一些艺术史学家长期以来怀疑，绘画大师巴勃罗·毕加索使用的并非他那个时代传统使用的油画颜料，而是普通的家用涂料，这将使他成为第一个这样做的已知艺术家。但是如何证明这一点呢？如果你是芝加哥艺术学院的保护科学家弗朗西斯卡·卡萨迪奥，你会利用该地区顶尖物理实验室的地理优势。
在这种情况下，她与阿贡国家实验室的物理学家沃尔克·罗斯合作，罗斯使用高能X射线束在分子水平上研究材料。罗斯本月早些时候在圣安东尼奥举行的APS三月会议上谈到了这次合作，以及在纳米尺度上研究毕加索所产生的有趣结果。
让我们倒回到2006年，当时为即将到来的毕加索展览做准备促使博物馆管理人员挑战卡萨迪奥，以便在此之前解决家用涂料的难题。她坚持不懈地走遍欧洲，尽可能多地用手持式荧光光谱仪检查毕加索的画布，这是一种可以显示物体中无机元素的设备。（“机场安检人员并不总是乐于看到它，”卡萨迪奥在2012年对《芝加哥论坛报》承认。“但我告诉他们，这是一个用于进行油漆测试的高级吹风机。”）
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为了比较，她还通过法国的eBay（类似于的平台）追踪到了一些大约在1912年由Ripolin公司生产的旧涂料。
这是一个高尚的努力，但她没有足够高分辨率的仪器来进行明确的诊断。因此，这个探索再次被搁置了，直到2010年，卡萨迪奥的一位同事正在和阿贡的一位科学家约会。
他建议实验室的先进光子源——一种高能X射线源——对于解决这个谜团所需的精细分辨率分析来说是理想的。因此，卡萨迪奥与沃尔克合作，分析了几幅毕加索画布上的油漆碎片（通过从意外滴落处去除微小的样本，以防损坏无价的艺术品），以及卡萨迪奥早在2006年收集的旧涂料。
正是X射线的较高频率使它们如此适用于分析艺术品。它们可以直接穿过绘画，而不会对其造成损害。由于密度较高的材料会收集更多的X射线光子，因此特别是密度较高的颜料（氧化锌，铅丹）会在X射线图像中显示为明亮的白色斑点。X射线成像还可以显示画布上任何被覆盖的东西，或者艺术家可能改变了他（或她）最初构想的地方。
同步辐射与威廉·伦琴早在1895年发现的传统X射线略有不同；它是粒子加速器内产生的一束非常高强度的X射线。你将电子射入线性加速器（linac），在小型同步加速器中提高它们的速度，并将它们注入存储环，在那里它们以接近光速的速度穿过。一系列磁铁弯曲并聚焦电子，在此过程中，它们会发射出X射线，然后可以将其聚焦到光束线上。这对于成像目的以及分析结构很有用，因为通常，使用的波长越短（以及光的能量越高），可以成像和/或分析的细节就越精细。
因此，卡萨迪奥和罗斯为他们的毕加索项目选择了一种非常好的技术。结果：历史学家的怀疑是正确的。毕加索确实使用了普通的家用涂料。确凿的证据是大师使用的白色涂料中发现的氧化锌中某些杂质。这一发现促成了2013年在《应用物理学A》杂志上发表的一篇论文，并构成了沃尔克在APS会议上演讲的基础。
哦，分析还揭示了毕加索的《老吉他手》（左）下面隐藏的另一幅画作。X射线揭示了一个女人和孩子以及一些动物的图像，它们隐藏在顶部的绘画后面。
通过“艺术之前”网站，珍-吕克·皮昆得知了1920年代的一个臭名昭著的案例，其中一位堪萨斯城社交名媛声称自己拥有一幅有时被认为是莱昂纳多·达·芬奇的16世纪著名画作的真迹。《美丽的费隆妮叶》归卢浮宫所有，但在1929年，安德烈·哈恩夫人起诉了一位名叫约瑟夫·杜文的艺术品商人，因为他反驳了她关于卢浮宫收藏的是复制品而她的是真迹的说法。
正是X射线放射照片帮助平息了争论，这对哈恩夫人来说不是好消息。卢浮宫画布的图像清楚地显示了艺术家在绘画构图过程中所做的更改；哈恩夫人的画布没有显示这些更改，这证明它是一份副本。陪审团未能达成判决，但至少X射线作为一种鉴定艺术品的好方法获得了胜利。
我之前写过关于物理学和艺术之间这个迷人的交叉点的文章。例如，早在2008年，一支欧洲科学家团队使用同步辐射重建了文森特·梵高所画的农妇肖像，该肖像在艺术家创作1887年的《草地》时被覆盖了。它在那里休眠了121年，直到我们最终拥有了无损分析该绘画并重现隐藏图像的技术，这要归功于德国汉堡的德国电子同步加速器（幸好以首字母缩写DESY而闻名）。
最近，DESY的同一批人使用X射线衍射映射结合断层扫描来研究梵高的《云层下的麦垛》。他们有兴趣更好地了解红色氧化铅颜料如何随着时间的推移而褪色。有时它会变成方铅矿或方铅矿，使颜色变黑，有时它可能会转化为红铅或亚硫酸铅，将其漂白。
DESY团队与安特卫普大学的研究人员合作进行了分析，并在梵高的画布中发现了一种非常罕见的矿物，称为铅锰矿，该矿物似乎在颜料的漂白过程中起作用。随着时间的推移，光线会触发二氧化碳的吸收，从而形成铅锰矿，最终变成白色调的碳酸铅。
基于X射线的技术有很多变体，例如一种称为扫描宏观X射线荧光光谱法，该技术由安特卫普大学和代尔夫特理工大学的研究人员开发。它特别擅长突出显示隐藏在绘画表面之下的颜料。应荷兰国家博物馆的要求，他们用它分析了戈雅的《唐·拉蒙·萨图埃肖像》，这是一幅1823年的画布，描绘了一位当时在马德里担任法官的人，也是这位艺术家的朋友。令人惊讶的是，在肖像下方是另一幅未完成的法国将军肖像。由于某种原因，戈雅决定将其覆盖。
该技术还在2011年用于鉴定一幅小画板（《带胡子的老人》），据信是伦勃朗所作。研究人员在该表面下发现了这位荷兰大师未完成的自画像。
X射线并不是唯一用于揭示艺术秘密的物理工具：一组意大利和德国科学家使用核磁共振（MRI机器背后的基础物理学）来无创地绘制出历史悠久的精美绘画的层次结构。这被称为“地层学”。其中包括任何准备层、底稿、实际的油漆层，以及在许多情况下，还有一层清漆。
这项新技术为绘画所做的工作与为人体所做的工作非常相似，只是它不使用X射线、探测器和尖端计算机来提供有关软组织和可能存在的肿瘤的信息，而是提供有关绘画层中使用的粘合剂的信息。这些粘合剂通常由蛋黄或油等物质制成。
渴望了解更多关于这个迷人领域的信息？碰巧的是，有一部完整的纪录片（由唐纳德·萨瑟兰解说，毫不逊色）讲述了那些为了检查曾经被认为是复制品的绘画而奔波于世界各地的勇敢学者，这些绘画后来被证实为失落的伦勃朗作品。它被称为《走出阴影》。一部关于连接毕加索、梵高和戈雅的科学和艺术的纪录片还会远吗？
参考文献:
Casadio, Francesca 和 Rose, Volker. (2013) “历史氧化锌颜料中杂质的高分辨率荧光映射：硬 X 射线纳米探针在巴勃罗·毕加索绘画中的应用，”应用物理 A 111: 1。
Joris, Dik 等. (2008) “利用基于同步辐射的 X 射线荧光元素映射可视化文森特·梵高的一幅失落画作，”分析化学 0003-2700-80, 页. 6436-6442
Koen, Janssens 等. (2013) “利用同步辐射表征艺术家颜料和绘画，”分析化学年度评论 1936-1327-6, 页. 399-425
Matthias, Alfeld 等. (2011) “用于现场研究历史绘画的移动扫描宏 XRF 系统的优化，”分析原子光谱学杂志 0267-9477-26, 页. 899-909
Presciutti, Federica 等. (2008) “绘画层面的非侵入式核磁共振分析，”应用物理快报 93: 033505。
Vanmeert, Frederick; Van der Snickt, Geert; 和 Janssens, Koen (2015) “通过 X 射线粉末衍射断层扫描鉴定铅酸铅为梵高绘画中红铅退化过程中的缺失环节，”应用化学 127(12): 3678-3681。