Smascherare un falsario con le bombe atomiche

Un quadro del Guggenheim sospettato di essere un falso: la conferma viene dalla fisica nucleare.

Di recente un gruppo di ricercatori dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ha scoperto che un quadro acquistato da Peggy Guggenheim, e attribuito a Fernand Léger, è sicuramente un falso. Il verdetto non è motivato dalla lunga esperienza di storici e critici d'arte dei fisici dell'INFN, ma dalla datazione con il Carbonio14. Ma non è questa la cosa veramente interessante.

Dopo che Douglas Cooper, esperto di Léger, negli anni 70 aveva espresso i suoi dubbi sull'autenticità del quadro,  per decenni storici, critici, studiosi ed esperti non hanno saputo esprimersi in modo definitivo sullo status dell’opera. Oggi il verdetto della datazione con il Carbonio14 indica senza dubbio alcuno che la tela su cui è stato dipinto il quadro è posteriore al 1959, ovvero successiva di almeno 4 anni alla morte del pittore francese che si supponeva fosse l'autore.

Come si è potuto raggiungere una precisione così alta con la datazione del Carbonio14, in particolare per un oggetto così recente?  Per capirlo vediamo prima come si effettua la datazione con il metodo del Carbonio14.

Il Carbonio è un elemento fondamentale per la vita sulla terra, è presente in tutte le sostanze organiche, nonchè nella ben nota CO2, l'anidride carbonica. Un atomo di Carbonio ha 6 elettroni all'esterno, e quindi anche 6 protoni nel nucleo interno (la carica elettrica deve essere sempre bilanciata e pari a zero). In più il nucleo di Carbonio può avere 6, 7, oppure 8 neutroni. A seconda del numero di neutroni presenti nel nucleo il numero totale di protoni e neutroni è quindi 12, 13 o 14. Si parla in questi casi di isotopi diversi del Carbonio.

Dal punto di vista chimico gli isotopi si comportano tutti esattamente allo stesso modo: gli stessi legami chimici, lo stesso comportamento nelle molecole. L'anidride carbonica è sempre anidride carbonica sia che il Carbonio al suo interno sia l'isotopo 12, 13 o 14. Stesse bolle nella Coca Cola, per capirci. Questo perché tutta la chimica è regolata dagli elettroni esterni dell'atomo e dai loro legami elettrici, e non da quello che avviene nel nucleo atomico, che sta all'interno.

Gli esseri viventi acquisiscono Carbonio tramite la fotosintesi, o mangiando le piante (o mangiando altri esseri viventi che hanno mangiato piante). La natura, quando deve costruire una molecola con il carbonio, pesca quindi a caso gli isotopi del carbonio che ci sono in giro disponibili, perché tanto, per costruire le molecole, gli isotopi non fanno alcuna differenza. Quindi il contenuto di Carbonio 14 rispetto al Carbonio 12 (da adesso in poi chiamiamoli C14 e C12, per fare prima) nelle molecole organiche che si formano rispecchia il contenuto di C14 rispetto al C12 presente nell'atmosfera. Del C13, che - poverino - rappresenta solo l'1% del Carbonio presente sulla terra, in questo discorso non ci interessa.

Il nucleo del C14, al contrario del C12, ha la caratteristica di  essere instabile. Dopò un po', quando gli tira a lui, smette di colpo di essere un nucleo di Carbonio e si trasforma in un nucleo di Azoto, emettendo alcune particelle che chiamiamo genericamente "radioattività". E' un processo che tecnicamente si chiama "decadimento Beta", e avviene in modo del tutto naturale. Non si può in nessun modo prevedere quando un singolo nucleo di C14 deciderà di "decadere" trasformandosi in Azoto, perchè è un processo regolato dalla meccanica quantistica, e possiamo solo predire la probabilità che avvenga in un certo tempo. Il risultato è che se prendiamo un numero molto grande di nuclei di C14, dopo 5730 anni quel numero iniziale si sarà ridotto della metà. Quel periodo di tempo, 5730 anni, è caratteristico del C14, e si chiama tempo di dimezzamento.

Ma niente paura, perché il C14 viene prodotto continuamente in natura negli strati alti dell'atmosfera, fra 9 e 15 Km di quota, dove i raggi cosmici "sbattono" contro i nuclei degli atomi di azoto presenti nell'atmosfera stessa. Il risultato è che si instaura un equilibrio dinamico tra il C14 che decade e quello che viene prodotto, per cui la frazione di C14 rispetto a C12 è grossomodo costante nel tempo.

Quindi, finchè un essere vivente è vivo, e scambia continuamente carbonio con l'atmosfera e lo assimila dagli altri esseri viventi, il suo contenuto di C14 rispetto al C12 resta costante, pari a quello presente nell'ecosistema in cui vive.

Quando muore, però, smette di assimilare carbonio "fresco". Da quel momento il C14 che egli ha nei suoi tessuti continuerà a decadere trasformandosi in Azoto senza essere rimpiazzato da nuovo C14, per cui il rapporto fra C14 e C12 al suo interno comincerà a diminuire. Ecco che quindi, misurando il rapporto di C14 su C12 nella materia organica di un essere vivente morto, e confrontandola con il rapporto C14 su C12 degli esseri viventi, e sapendo come diminuisce nel tempo il contenuto di C14, si può risalire a quanto tempo è passato dalla sua morte.

Pertanto se vogliamo datare un sarcofago egizio (fatto di legno, e quindi materiale organico), una sindone (fatta di lino, quindi materiale organico), una mummia (tutto materiale organico, comprese le bende) o una tela di un quadro (canapa, e quindi materiale organico), basta prenderne un pezzettino, preoccuparsi che non sia stato contaminato da materiale organico recente e, con opportune procedure ormai ben note e di largo utilizzo, misurare la frazione di C14 su C12, guardare le curve di calibrazione, e risalire all'epoca in cui quel materiale organico ha smesso di stare in un organismo vivente, ovvero ha smesso di ciucciare C14 fresco dall'atmosfera.

Alcune precisazioni importanti.

•  Il metodo del C14 non funziona, ovviamente, su materia inorganica. Non serve a datare rocce, sculture in marmo o pezzi di ferro
•  Il metodo del C14 non funziona su reperti molto antichi (ad esempio più vecchi di un milione di anni) o molto recenti (meno di 100 anni). Questo perché il tempo di dimezzamento di 5730 anni fa sì che se è passato molto tempo (ad esempio 1 milione di anni) di C14 la dentro ce n'è rimasto ben poco, e quindi è difficile misurarne la frazione con precisione, mentre, viceversa, se è passato troppo poco tempo, il C14 è praticamente ancora tutto li, e non ha fatto a tempo a ridursi in modo apprezzabile.

Ma allora come hanno fatto a datare un quadro di metà del 900? Non abbiamo appena detto che su periodi brevi il metodo di datazione con il C14 non è sufficientemente preciso?

In effetti sulla carta il C14 sarebbe inutile per datare un oggetto come il quadro di cui stiamo parlando, cioè fatto a metà del secolo scorso. Se non fosse che, più o meno a metà del secolo scorso, è successa una cosa particolare: alcuni esseri umani, per far vedere che erano più forti di altri esseri umani, si sono messi a far esplodere bombe atomiche come fossero petardi di capodanno. Dal 1951 al 1990, con qualche strascico dopo e qualche botto preparatorio prima, sono stati effettuati più di 2000 test nucleari, i principali concentrati negli anni 50-60. L'ordigno nucleare più potente della storia, la bomba "Tzar", è stato fatto esplodere nel nord della Siberia il 30 ottobre 1961, e aveva 50 megaton di potenza, più di 3300 volte quella di Hiroshima.

Le bombe atomiche, nella loro esplosione, emettono, tra le varie amenità, anche una grande quantità di neutroni i quali, interagendo con l'azoto dell'atmosfera, producono C14, proprio come fanno in modo naturale i raggi cosmici. Questo ha implicato un'innalzamento del naturale contenuto di C14 nell'atmosfera a seguito del gran numero di test nucleari, tanto da farne raddoppiare il contenuto in pochi anni. Nel grafico qua sotto si vede l'evoluzione della concentrazione del C14 nel tempo, con un chiarissimo picco negli anni 1963-65, per poi decrescere negli anni successivi, dopo la firma dei trattati internazionali per il bando dei test nucleari (il primo trattato sul bando parziale dei test nucleari fu ratificato nel 1963). E' interessante come il picco sia stato rilevato nell'emisfero sud con un ritardo di circa 2 anni, tempo necessario all'atmosfera per rimescolarsi (tutti i test erano effettuati nell'emisfero nord). La decrescita veloce dopo il picco non è dovuta al decadimento del C14, che di per sé darebbe una decrescita trascurabile nell'arco di tempo di 30 o 40 anni, ma allo scambio del C14 atmosferico con gli oceani. La decrescita rapida ci fornisce, incidentalmente, la misura di quanto velocemente il CO2 fluisce dall'atmosfera all'oceano e viceversa.

Contenuto del C14 nell'atmosfera in funzione del tempo, dall'anno 1950 al 2010. Il "bomb peak" è chiaramente visibile attorno ai primi anni 60, più marcato nell'emisfero nord (in nero), e arrivato nell'emisfero sud (in rosso) con un paio di anni di ritardo.

Questo fenomeno è chiamato "bomb peak", e significa che per datare oggetti prodotti in quegli anni, gli archeologi del futuro dovranno tenere conto di questo effetto. Altrimenti si rischierebbe di classificare i vari reperti come molto più giovani di quello che in effetti sono. Ad esempio quando, fra 30 mila anni, la porta del cesso del regionale 2913 che prendo tutte le mattine verrà trovata da qualche archeologo del futuro, e verrà classificata come una misteriosa stele ricoperta di indecifrabili disegni a scopo probabilmente rituale, sarà necessario tenere conto del bomb peak per datarla correttamente.

Tornando al nostro quadro, quindi, gli esperti del Guggenheim di Venezia hanno prelevato una piccolissima quantità di tessuto da un risvolto della tela del dipinto sospettato di essere un falso, e l’hanno inviata al Laboratorio per l’ambiente e i beni culturali (LABEC) di Firenze dove i ricercatori, in collaborazione con colleghi della sezione INFN di Ferrara, l’hanno analizzata (con la tecnica della spettrometria di massa, utilizzando un acceleratore di particelle) per quantificare la concentrazione di radiocarbonio e risalire quindi alla data della tela (ovvero alla data in cui sono state tagliate le piante da cui è stata poi realizzata la tela), comparando i livelli di C14 presenti nel tessuto con quelli noti degli anni del bomb peak. Dall’analisi è risultata una concentrazione di C14 largamente superiore a quella che avrebbe dovuto esserci se l’opera fosse stata autentica, e cioè realizzata prima del bomb peak, quando l'autore era ancora vivo. La tela risale con assoluta certezza a non prima del 1959, quattro anni dopo la morte di Léger. Un falso, quindi.