Ett fotografi av en skannad koreansk text. Den vita prickade rutan indikerar områdena som visas i mitten och bottenpanelerna. Varje element producerar en unik röntgenfluorescens. Efter att ha skannat texten använde forskarna filter för de kända XRF-mönstren för olika element och skapade en färgkodad värmekarta över deras överflöd, från lägsta (blå) till högsta (röd). Ett element som finns i endast små mängder finns i de röda cirklarna i den nedre delen av bilden. Kredit:Minhal Gardezi
I 1400-talets Tyskland utvecklade Johannes Gutenberg en tryckpress, en maskin som möjliggjorde massproduktion av texter. Det anses av många vara en av de viktigaste tekniska framstegen under det senaste årtusendet.
Även om Gutenberg ofta får beröm som uppfinnaren av tryckpressen, någon gång tidigare, ungefär 5 000 mil bort, hade koreaner redan utvecklat en tryckpress av rörlig typ.
Det råder ingen tvekan om att östasiater var först. Det råder heller ingen tvekan om att Gutenbergs uppfinning i Europa hade ett mycket större genomslag.
"Vad som inte är känt är om Gutenberg kände till det koreanska trycket eller inte. Och om vi kunde belysa den frågan, skulle det vara världskrossande", säger Uwe Bergmann, professor i fysik vid University of Wisconsin–Madison som, med UW–Madison fysik doktorand Minhal Gardezi, är en del av ett stort, tvärvetenskapligt team som analyserar historiska texter.
"Men även om vi inte gör det kan vi lära oss mycket om tidiga tryckmetoder, och det kommer redan att vara en stor insikt", tillägger Bergmann.
Dessa texter inkluderar sidor från en Gutenberg-bibel och konfucianska texter, och de hjälper till att undersöka dessa frågor. Teamet består av koreanska textexperter från 1400-talet, Gutenberg-experter, pappersexperter, bläckexperter och många fler.
Hur kom det sig att två fysiker deltog i ett till synes mycket icke-fysiskt kulturarvsprojekt? Bergmann hade tidigare arbetat med andra historiska textanalyser, där han banat väg för tillämpningen av en teknik som kallas röntgenfluorescens (XRF).
I XRF-avbildning sänder en kraftfull maskin som kallas en synkrotron en intensiv och mycket liten röntgenstråle - ungefär samma diameter som ett människohår - på en sida med text i en 45-graders vinkel. Strålen exciterar elektroner i atomerna som utgör texten, vilket kräver att ytterligare en elektron fyller i utrymmet efter den första (all materia består av atomer, som innehåller ännu mindre komponenter som kallas elektroner).
Den andra elektronen förlorar energi i processen, och den energin frigörs som en liten ljusblixt. En detektor placerad strategiskt i närheten fångar upp det ljuset, eller dess röntgenfluorescens, och mäter både dess intensitet och den del av ljusspektrumet som det tillhör.
"Varje enskilt grundämne i det periodiska systemet avger ett röntgenfluorescensspektrum som är unikt för den atomen när det träffas med en högenergiröntgenstrålning. Baserat på dess 'färg' vet vi exakt vilket grundämne som finns", säger Gardezi . "Det är ett instrument med mycket hög precision som berättar alla element som finns på varje plats i ett prov."
Med denna information kan forskare effektivt skapa en elementär karta över dokumentet. Genom att snabbt skanna en sida över röntgenstrålen kan de skapa en registrering av XRF-spektrumet vid varje pixel. En sida kan producera flera miljoner XRF-spektra.
I somras var Bergmann och Gardezi en del av ett team som använde XRF-skanning vid SLAC National Accelerator Laboratory i Kalifornien för att producera elementära kartor över flera stora områden från originalsidorna i en första upplagan, 42-raders Gutenberg-bibel (som går tillbaka till 1450) till 1455 e.Kr.) och från koreanska texter som går tillbaka till den tidiga delen av det århundradet.
Minhal Gardezi (vänster) och Uwe Bergmann förbereder ett blad av Gutenbergbibeln för skanning. Foto med tillstånd av Minhal Gardezi. Kredit:Minhal Gardezi
De skannade texterna med en hastighet av cirka en pixel var 10:e millisekund, filtrerade sedan data efter elementär signatur, vilket gav högupplösta kartor över vilka element som finns och i vilka relativa kvantiteter.
På ett sätt är arbetet som att gräva efter skatter från en gammal karta – Gardezi säger att forskarna inte vet exakt vad de letar efter, men de är mest intresserade av det oväntade.
Till exempel presenterade hon nyligen tidiga resultat av skanningar för teamet, för att visa att tillvägagångssättet hade fungerat och att forskarna kunde separera olika element. Det visar sig att detta inte var vad laget tyckte var mest intressant.
"Istället tillbringade dessa forskare 15 till 20 minuter på att prata om "Varför finns (det här elementet) närvarande?" och komma med hypoteser, säger Gardezi. "Som fysiker skulle vi inte ens inse om något är överraskande eller inte. Det är verkligen den här tvärvetenskapliga aspekten som talar om för oss vad vi ska leta efter, vad den rykande pistolen är."
När fler frågor uppstår baserat på elementaranalyserna kommer Bergmann och Gardezi att hjälpa teamet att ta itu med dessa frågor kvantitativt. De planerar redan att återskapa några tidiga utskrifter i labbet – med kända typer, papper och bläck – och sedan jämföra dessa XRF-skanningar med originalen.
Forskningen kanske aldrig definitivt avgör om Gutenberg kände till de koreanska pressarna eller om han utvecklade sin press självständigt. Men utan tillgång till själva originalpressarna innehåller dessa texter de enda ledtrådarna för att förstå naturen hos dessa transformativa maskiner.
"Ju mer du läser om det, desto mer lär du dig att det finns mindre säkerhet om flera saker relaterade till tidiga tryckpressar", säger Bergmann. "Kanske kommer den här tekniken att göra det möjligt för oss att se dessa utskrifter som en tidskapsel och få ovärderlig inblick i denna vattendelare i mänsklighetens historia." + Utforska vidare
