Учёные воссоздали рецепт римской чаши, которая меняет цвет

Чашу Ликурга, созданную в IV веке, давно изучают историки искусства, стеклодувы и физики. В отражённом свете её стеклянный корпус выглядит нефритово-зелёным, а при подсветке изнутри или сзади становится рубиново-красным. До недавнего времени никто не мог добиться того же эффекта воспроизводимой технологией.

Специалисты Шеффилдского университета в Великобритании сообщили, что повторили оптические свойства древнего артефакта. Чаша изготовлена из дихроичного стекла, цвет которого зависит от того, как на него падает свет.

Новое исследование показало, что загадочные каменные "колеи" на Мальте не являются доисторическими и появились уже в эпоху Античности

Египтянин нашёл у своего дома обломки 8,5-метровой статуи Рамсеса II

Ещё в середине XX века исследования показали, что за эффект отвечают наночастицы золота и серебра размером меньше длины световой волны.

Однако рабочий и повторяемый рецепт впервые продемонстрировала команда Лизы Холландс, технического специалиста по стеклу и керамике в Шеффилде. Поначалу университетские специалисты по фотонике попросили её сделать образец для просветительских мероприятий. Со временем задача переросла в небольшое исследование с интересными научными выводами.

Я взялась за эту задачу, понимая, что ничего может не получиться. Я знала, что всё не так просто, как добавить в стекло готовые наночастицы из магазина.

Редкий даже среди редкостей

Чаша Ликурга относится к так называемым диатретам, или чашам-клеткам. Внутренний сосуд у них окружён ажурной стеклянной "сеткой", которая соединена с основой тонкими перемычками. По данным Музея стекла в Корнинге, такие изделия входят в число самых редких образцов римского стекла класса люкс.

Даже среди диатрет чаша Ликурга выделяется. У большинства известных экземпляров "клетка" состоит из геометрических узоров, чаще всего кругов. Здесь же стекло образует сюжетную сцену, на которой бог Дионис и его свита расправляются с фракийским царём Ликургом.

Сегодня артефакт хранится в Британском музее. Прежние исследования проводили на крошечных фрагментах стекла. В них нашли не отдельные частицы золота и серебра, а слоистые наночастицы из обоих металлов в соотношении примерно три части золота к семи частям серебра.

Анализ показал, что частицы обычно имеют размер 50–80 нанометров, серебряное ядро и золотую оболочку, а также содержат немного меди. Хотя фрагменты чаши уже изучали, попыток выплавить стекло, которое воспроизводимо давало бы результаты, похожие на саму чашу, было немного.

Как работает эффект

Крошечные частицы сильно меняют поведение стекла. Когда свет отражается от поверхности, наночастицы рассеивают его в разных направлениях. Из-за этого и примеси железа стекло выглядит непрозрачным и зелёным.

Когда свет проходит сквозь материал, картина сложнее. Физики описывают это явление как поверхностный плазмонный резонанс – коллективные колебания электронов на поверхности металлической частицы под действием световой волны.

Поскольку наночастицы намного меньше длины волны света, световые волны могут воздействовать на внешние электроны атомов в частице и заставлять их колебаться. Разные длины волн влияют на эти внешние электроны по-разному, в зависимости от формы, размера и состава частиц, а некоторые вызывают у электронов резонанс, и тогда соответствующий цвет блокируется.

В шеффилдской копии частицы из сплава серебра и золота поглощают синюю и зелёную части спектра. Красный и оранжевый свет проходит через стекло свободно, поэтому при подсветке образец становится красным, как и оригинал.

По римскому рецепту

Команда Холландс не стала искать современные заменители. Исследователи решили воссоздать сырьё, которое было доступно римским мастерам IV века. Подход оказался верным: расплавленное стекло отличается очень сложной химией, и даже способ нагрева влияет на итог.

Например, плавка в газовой печи дала заметно лучший результат, чем в электрической. Чтобы получить достаточно текучую массу, учёным всё же пришлось поднять температуру выше той, что была доступна римлянам. По словам Холландс, команда нашла способы компенсировать последствия этого отступления от исторической технологии.

Удивительно то, что в этой рецептуре стекло само "проявляет" цвет. Мы получаем эффект без сложной термообработки, которая нужна, чтобы вырастить кристаллы до правильного размера. Они образуются просто во время отжига, который снимает внутренние напряжения.

Отжиг – это медленное контролируемое охлаждение стекла. Мастера всегда проводят его после формовки, чтобы изделие не треснуло. Получается, нужный оптический эффект возникает в рамках обычного технологического процесса и не требует отдельного этапа.

Новая чаша Ликурга

Команда уложилась в четыре месяца и почти не получала финансирования. Холландс продолжила дорабатывать состав, и в итоге стекла хватило на современную версию чаши Ликурга.

Изготовить её поручили Эллиоту Уокеру, победителю второго сезона шоу Netflix "Мастера стекла" (Blown Away). Реплика дебютировала на шеффилдском фестивале Festival of the Mind, а после него чаша войдёт в постоянную коллекцию Музея стекла Тёрнера при университете.

Я продолжаю исследования и, работая с учёными по всему миру, надеюсь выяснить, насколько близко мне удалось воспроизвести цвет, чтобы мы могли ещё больше отточить рецепт. Это показывает, что технический персонал университетов способен создавать удивительные вещи, если ему дать немного свободы, времени и поддержки.

Следующий шаг – точное сравнение оптических характеристик реплики и оригинала. По его итогам рецептуру планируют уточнить, чтобы максимально приблизиться к стеклу, которое римские мастера получили почти 1700 лет назад.