Leslie Van Gelder, en välkänd amerikanskfödd arkeolog har arbetat med Dr Harald Schwefel, och andra fysiker vid Otago University för att utveckla en lampa som efterliknar det flimrande facklans ljus som paleolitiska grottkonstnärer arbetade av för många tusen år sedan. Lamporna kommer att hjälpa Leslie och andra arkeologer att avslöja intima detaljer om dessa forntida människor.

Samarbetet sammanför kvantfysiker och arkeologer med inhemska australiska markägare, rådjur förföljare, konstnärer, forntida DNA-specialister, universitetsstudenter och en produktdesigner. Berättelsen visar de oväntade sätten spetsforskning inom vetenskap kan berika kulturell förståelse och kulturarv. Det talar till en vilja och generositet i det nyzeeländska forskarsamhället att prova något annorlunda och hjälpa varandra.

För tiotusentals år sedan vandrade forntida människor i Europa och Australien djupt in i grottor med fackelljus skapa bilder på väggarna av hästar, bison, renar och stencilkonturer av sina egna händer. I det fladdrande eldskenet från deras gamla lampor, siffrorna verkar röra sig. Skuggorna på de böjda grottväggarna gav dem en illusion av volym och liv och färgerna verkade bläckrika och djupa. Det var så de gamla konstnärerna skulle ha sett på sitt arbete. Men under de senaste decennierna har öppna lågor förbjudits i historiska grottor och LED-lamporna som ersatte dem har tagit bort mycket av mysteriet.

"Det platta gråa och vita ljuset från facklor gjorda med LED producerar ett nästan kliniskt ljus och berövar djuren deras varma färger och deras skuggor, " säger Leslie.

Det var ett samtal med en grottguide i Europa 2016 som gav Leslie idén till att skapa de nya lamporna. Inte bara kunde detta ge en mer autentisk upplevelse av grottorna. Det skulle också hjälpa att svara på viktiga forskningsfrågor.

Som forskare har jag dragits till frågor om ljus under det senaste decenniet, ", säger Leslie. "De här nya lamporna kommer att hjälpa oss att utforska frågor om hur människor rörde sig genom grottorna och ritade på väggarna... Vissa av bilderna finns högt upp på svåråtkomliga platser. Konstnärerna skulle ha behövt klättra fem meter uppför en vägg eller stalaktit för att nå dem, vilket skulle kräva båda händerna. Så någon annan måste ha hållit i ljuset. Jag har en soft spot för människorna i skuggorna som kanske inte har gjort teckningarna själva utan låtit någon annan göra det genom att hålla ljuset."

Leslie återvände till Glenorchy i Nya Zeeland där hon bor, med ett uppdrag att hitta en mer autentisk belysningslösning. Det första steget var att försöka skapa en autentisk kopia av de antika lamporna för att ta reda på vilka kvaliteter av ljuset som lamporna behövde efterlikna. Hon hämtade animaliskt fett från lokala hjortar och en slaktare för att efterlikna renar och uroxtalg som användes i antika lampor. Hon arbetade med en lokal skulptör för att skapa en stenbas med primitiva verktyg.

För att skapa en modern motsvarighet behövde hon några fysiker. Det är här Dodd-Walls Center kommer in i bilden. Detta nationella centrum för kollaborativ forskning samlar forskare över hela landet som gör världsledande forskning inom ljus- och kvantvetenskap. Leslie upptäckte direktören för Dodd-Walls Centre, Professor David Hutchinson medan han sökte på University of Otagos webbplats.

"Han såg lättillgänglig ut och ledde ett tvärvetenskapligt centrum som fokuserar på ljus, " säger Leslie. "Så jag skrev till honom. Han svarade direkt och sa att han kunde hjälpa till. Jag hade inte förväntat mig att det skulle vara så lätt!"

Professor Hutchinson satte Leslie i kontakt med Dr Schwefel, en huvudutredare vid Dodd-Walls Centre, också baserat på University of Otago. I sin kärnforskning utvecklar Dr Schwefel världsledande komponenter för otroligt kraftfulla kvantdatorer. Han publicerade nyligen en artikel i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Nature där han tillkännagav sin uppfinning av en enhet som kan revolutionera interneteffektivitet och hastighet. Så det här projektet kom från vänster fält.

"Det var verkligen fantastiskt att se hur vi kunde använda vår kunskap om ljus och dess spektrala egenskaper för att ge hjälp till arkeologisamfundet", säger Dr Schwefel. "När vi identifierade vad vi ville uppnå när det gäller flimrande mönster och spektrum, då var det ganska enkelt att skapa en ljusliknande struktur som hade det korrekta flimmermönstret."

Dr Schwefel tog in två Ph.D. studenter som konsulter och sommarstudent Timothy Marshall, som arbetade med Dodd-Walls Centers industrichef, Luke Taylor för att skapa produkten. Dodd-Walls Center finansierade hela projektet.

"De bad mig om en julönskelista med allt jag ville att lampan skulle göra, "Leslie förklarar. "Det är otroligt svårt att hitta finansiering i arkeologisamhället, " säger Leslie. "Det här var en fantastisk gåva att få deras stöd."

Sommaren 2018-19 Timothy arbetade med Dr Schwefel och Luke Taylor för att producera sex handhållna lampor som Leslie kunde ta som prototyper till en grotta i Australien där hon arbetade i mars.

"Arbetar efter min "önskelista" för färg, intensitet, och flimmer, deras team gjorde ett fantastiskt jobb och en vecka innan jag åkte, en resväska kom till mig i Glenorchy som hade 6 vackra lampor. Glaset till dem hade handblåsts av kemiavdelningens glasblåsare, kropparna på varje lampa efterliknade sten från olika delar av världen och mekanismen var tre LED-lampor färgade till natriumlinjen de hade upptäckt i sin ljusspektrumanalys. Luke och Timothy hade gjort en serie experiment med vind- och veklängd för att producera en serie potentiella flimmermönster så att lamporna till slut hade 13 olika intensiteter och flimmermönster som jag kunde ändra med bara ett knapptryck. Magi!"

Det rådde en nästan hörbar tystnad när teamet av forskare, arkeologer och traditionella inhemska markägare gick in i grottan i Australien som Leslie hade tänt upp med hjälp av de nya lamporna.

"Det var en mycket gripande upplevelse att se grottan i det fladdrande varma ljuset från "paleo-lamporna", " säger Leslie.

Detta är bara början på samarbetet. Efter att ha upptäckt gamla eldstavar i den australiska grottan, Leslie kommer att arbeta med Harald och teamet tillsammans med det lokala aboriginska samhället för att utveckla en ny lampa som efterliknar dess ljus.

Även om projektet tangerade Haralds kärnfokus på kvantberäkning och fotonik, det gav ett utmärkt tillfälle att bidra till ett nytt område. Det gav också eleverna värdefull erfarenhet av att utveckla en produkt och få ut den på marknaden med en deadline.

Enligt Leslie har arkeologisamfundet blivit imponerade och inspirerade av projektet. presenterade historien på en specialistkonferens om hällkonst.

"Jag presenterade historien på en klippkonstkonferens nyligen, "Säger hon. "Några arkeologer sa till mig att det återställde deras tro på arkeologi. Det finns en verklig respekt och intresse för perspektivet från ett annat område som fysik."

Nästa vår kommer Leslie att återvända till Europa för att fortsätta sin grottforskning där. Hon kommer att ta med sig en låda med de nya lamporna som present från Dodd-Walls Centre.

"Jag ser fram emot att se vad vi kanske kan se för första gången i skuggorna och flimrande ljusen från våra lampor, " säger Leslie.