Myonenstrahl am PSI: Archäologische Rätsel ohne Beschädigung lösen

Am Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen haben Forschende eine Methode entwickelt, um archäologische Fundstücke zu untersuchen, ohne sie zu beschädigen. Mit einem Rekord-Myonenstrahl blicken sie ins Innere von 2400 Jahre alten Fibeln aus der Eisenzeit. Die Technik könnte künftig zum Standard werden, um wertvolle Kulturgüter zu analysieren.

Was ist das Besondere an der Myonen-Forschung am PSI?

Der Bund hat die Myonen-Forschung zum Nationalen Forschungsschwerpunkt ernannt. Das Programm mit dem Namen «Muoniverse» umfasst auch die Untersuchung von Kulturgütern. Die Schweiz gehört in diesem Bereich zur Weltspitze, weil am PSI der stärkste kontinuierliche Myonenstrahl weltweit erzeugt wird. Myonen kommen bereits in der Batterieforschung oder bei der Suche nach neuen Supraleitern zum Einsatz. Auch das WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung plant, mit Myonen die Schneedecke an Berghängen zu vermessen.

Wie funktioniert die Untersuchung mit Myonen?

Um einen Myonenstrahl zu erzeugen, beschleunigt der Protonenbeschleuniger des PSI Protonen in einem Ring mit 15 Metern Durchmesser auf gut drei Viertel der Lichtgeschwindigkeit. «Wir sind der Weltrekordhalter», sagt PSI-Forscher Michael Heiss. Trifft der Strahl auf einen Graphitblock, entstehen Myonen. Diese dringen tief in Objekte ein und regen die Atome dazu an, Röntgenstrahlung auszusenden. Die charakteristischen Wellenlängen verraten, aus welchen Bestandteilen ein Objekt besteht.

Welche archäologischen Funde werden untersucht?

Als Versuchsobjekte dienen rund 2400 Jahre alte Fibeln aus der Sammlung des Schweizerischen Nationalmuseums. Fibeln wurden zum Schliessen von Gewändern verwendet und dienten zugleich als Schmuck, erklärt Katharina Schmidt-Ott, Leiterin der Forschungsabteilung des Nationalmuseums. Die Fundstücke stammen aus der Nekropole Giubiasco bei Bellinzona. Auffällig ist, dass einige Stücke Reparaturspuren aufweisen, ausgerechnet jene, die jünger sind. Schmidt-Ott vermutet, dass später andere, weniger stabile Materialien verwendet wurden. Der Myonenstrahl soll diese Frage klären.

Erste Ergebnisse und Ausblick

Nach rund zwei Stunden Bestrahlung zeigen die Daten erste Unterschiede in verschiedenen Tiefenbereichen der Fibeln. «Es ist ziemlich cool, wir sehen Unterschiede in verschiedenen Tiefenbereichen des Objektes», sagt Schmidt-Ott. Die Forschenden vermuten, dass die Fibeln aus einem Tonkern bestehen, der mit einer Kupferlegierung überzogen ist. Eine detaillierte Analyse in den nächsten Wochen soll Gewissheit bringen.

Noch ist die Methode nicht ausgereift. Schmidt-Ott wünscht sich für die Zukunft exaktere Messergebnisse mit einem dünneren Strahl. Doch die Hoffnung ist gross, dass die Technik dereinst ein neuer Standard wird, um sehr wertvolle Objekte zu untersuchen, ohne sie zu beschädigen. «Die Idee ist, dass wir eine Community aufbauen, in der die Methode bekannt und gern genutzt ist», sagt PSI-Forscher Michael Heiss.

Die Myonen-Forschung ist ein Beispiel dafür, wie die Schweiz mit ihrer technologischen Kompetenz und ihrer Tradition der Präzisionsarbeit einen Beitrag zur Erhaltung des kulturellen Erbes leisten kann. Es bleibt zu hoffen, dass die Methode bald breite Anwendung findet und weitere Geheimnisse der Vergangenheit lüftet.