Forskare under ledning av den berömda experten på antika artefakter professor Brent Seales kommer att använda Storbritanniens Diamond Light Source synkrotronforskningsanläggning i hjärtat av Oxfordshire för att undersöka en samling världsberömda antika artefakter som ägs av Institut de France. Med hjälp av detta kraftfulla ljus källa och speciella tekniker som laget har utvecklat, forskarna arbetar med att praktiskt taget packa upp två kompletta rullar och fyra fragment av skadade Herculaneum-rullar. Efter årtionden av ansträngning, Seales tror att skanningarna från Diamond representerar hans teams bästa chans att avslöja innehållet i dessa 2, 000 år gammal papyrus.

Prof Seales är chef för Digital Restoration Initiative vid University of Kentucky (USA), ett forskningsprogram dedikerat till utveckling av mjukvaruverktyg som möjliggör återställning av ömtåliga, oläsliga texter. Seales säger, "Diamond Light Source är ett helt avgörande element i vår långsiktiga plan för att avslöja skriften från skadat material, eftersom det erbjuder oöverträffad ljusstyrka och kontroll för de bilder vi kan skapa, plus tillgång till ett hjärnförtroende av forskare som förstår våra utmaningar och är ivriga att hjälpa oss att lyckas. Texter från den antika världen är sällsynta och värdefulla, och de kan helt enkelt inte avslöjas genom någon annan process. Tack vare möjligheten att studera rullarna på Diamond Light Source, som har möjliggjorts av National Endowment for the Humanities och Andrew Mellon Foundation, vi är redo att ta ett enormt steg framåt i vår förmåga att läsa och visualisera detta material. Skanningssessionen lovar att bli ett nyckelögonblick i vår strävan efter en pålitlig väg för att läsa det osynliga biblioteket."

Under de senaste två decennierna har Prof Seales och hans team har digitalt återställt och läst en stor mängd material i det "osynliga biblioteket" av irreparabelt skadade manuskript. År 2015, de nådde enastående framgång när de visualiserade skriften i fem kompletta omslag av en gammal hebreisk rulla från En Gedi. För första gången någonsin, en komplett text från ett så allvarligt skadat föremål att det aldrig kunde öppnas fysiskt hämtades och återskapades digitalt, representerar ett verkligt tekniskt genombrott. Det är denna teknik som Seales team planerar att distribuera på data som samlas in på Diamond.

Ett långsiktigt mål för Prof Seales har varit att avslöja innehållet i de mest ikoniska föremålen i det osynliga biblioteket, Herculaneum-rullarna. Begravd och förkolnad av det dödliga utbrottet av Vesuvius år 79 e.Kr. rullarna är för ömtåliga för att kunna öppnas och representerar den perfekta stormen av viktigt innehåll, stora skador, extrem bräcklighet, och svårupptäckt bläck.

Dessa berömda papyrus upptäcktes 1752 i en gammal romersk villa nära Neapelbukten som tros tillhöra Julius Caesars familj. Som sådan, de representerar det enda bevarade biblioteket från antiken. Majoriteten av de 1, 800 rullar finns på Biblioteca Nazionale di Napoli, även om några erbjöds som gåvor till dignitärer av kungen av Neapel och avvecklades på Bodleian Library vid Oxford University, British Library och Institut de France.

Förra maj, Prof Seales ledde ett litet team av studenter i Paris för att undersöka Institut de Frances Herculaneum-samling. De undersökte två helt intakta rullar, tillsammans med fyra små fragment från rullar utrullade i slutet av 1800-talet. Alla sex föremål kommer att skannas på Diamond. Eftersom de fyra fragmenten innehåller många lager och är synliga, exponerad skrift på toppen, de kommer att tillhandahålla nyckeldata som behövs för att utveckla nästa iteration av teamets mjukvarupipeline för "virtuell uppackning", en maskininlärningsalgoritm som kommer att möjliggöra visualisering av kolbläck.

Användningen av kolbläck är en av huvudorsakerna till att dessa rullar har undvikit dechiffrering, enligt prof Seales. Till skillnad från metallbaserat bläck, som järngallan som användes för att skriva medeltida dokument, kolbläck har en densitet som liknar den för den förkolnade papyrusen som den sitter på. Därför, det verkar osynligt i röntgenundersökningar.

"Vi förväntar oss inte att omedelbart se texten från de kommande skanningarna, men de kommer att tillhandahålla de avgörande byggstenarna för att möjliggöra den visualiseringen. Först, vi kommer omedelbart att se rullarnas interna struktur i mer definition än någonsin varit möjligt, och vi behöver den detaljnivån för att få bort de mycket komprimerade lagren som texten sitter på. Dessutom, vi tror starkt – och i motsats till konventionell visdom – att tomografi gör, verkligen, fånga subtila, icke-densitetsbaserade bevis på bläck, även när det är osynligt för blotta ögat i skanningsdata. Maskininlärningsverktyget vi utvecklar kommer att förstärka den bläcksignalen genom att träna en datoralgoritm att känna igen den pixel för pixel från fotografier av öppnade fragment som visar exakt var bläcket är, voxel för voxel, i motsvarande tomografiska data för fragmenten. Verktyget kan sedan distribueras på data från de fortfarande rullade rullarna, identifiera det dolda bläcket, och göra det mer synligt för alla läsare."

Skanningen av dessa ömtåliga föremål vid Diamond Light Source kommer att vara ett enormt åtagande för alla inblandade. På grund av deras extrema bräcklighet, Seales-teamet tillverkade skräddarsydda fodral för rullarna som möjliggör så lite hantering som möjligt. Endast högutbildade konservatorer får hantera proverna. Direktören för Bibliothèque vid Institut de France, Mme Françoise Bérard kommer personligen att packa rullarna i sina specialfodral för resor till Storbritannien, och efter ankomst, de kommer att infogas i I12 beamline vid Diamond. I12-strållinjen eller JEEP (Joint Engineering, Miljö, and Processing) beamline är en högenergiröntgenstrållinje för avbildning, diffraktion och spridning, som arbetar vid fotonenergier på 53-150 keV.

Medan en handfull av rullarna från Herculaneum har utsatts för fysiska (och till stor del katastrofala) försök att öppna dem, ingen har ännu lyckats avslöja fullständiga texter från de hundratals som fortfarande är tätt slutna. Principiell strållinjeforskare på Diamond I12 Beamline, Dr Thomas Connolley, säger, "Det här är första gången en intakt rulle har skannats så detaljerat på Diamond Light Source. Vi är mycket glada över att arbeta med forskarteamet, att spela vår roll i vad vi hoppas kommer att vara ett stort steg framåt i att låsa upp hemligheterna som rullarna innehåller."

Seales säger, "Det är ironiskt, och något poetiskt, att de rullar som offrats under den tidigare eran av katastrofala fysiska metoder kommer att fungera som nyckeln till att hämta texten från de som överlever men är oläsliga. Och genom att digitalt återställa och läsa dessa texter, som utan tvekan är de mest utmanande och prestigefyllda att tyda, vi kommer att skapa en väg för att avslöja vilken typ av bläck som helst på alla typer av substrat i alla typer av skadade kulturföremål."

The research team will be at Diamond to scan the scrolls for several days at the end of September.