在肉眼看来，红橙色粉末似乎是朱砂，这种颜料曾用于在玛雅墓室、中国漆器和罗马绘画中提供鲜艳的色彩。

但硬 X 射线光电子能谱系统 (HAXPES)可以看到人眼看不到的东西。在 X 射线的轰击下，这种粉末缺乏这种有毒颜料所特有的汞。

朱砂是假的。

这台高科技设备——北美同类设备中的第一台——对古罗马曾被称为埃及蓝藻的深蓝色颜料提供了不同的判断。钙和铜在高科技扫描中都以适当的比例出现，这表明这种色素确实是传说中的“埃及蓝”。

现在是第五个年头，Materials Matter将人文科学和科学结合起来，全面了解艺术背后的物质，特别是颜料、陶瓷和玻璃。从一开始就跨学科，该计划涉及的不同领域的数量不断增长，从考古学、艺术史、科学史和平面设计到化学、物理和地质科学。

中东和古地中海研究系的古典学助理教授 Hilary Becker是该课程的现任讲师;作为一名考古学家，她的研究重点是罗马时代的颜料经济。在课程中扮演重要角色的化学家林恩施密特也有中世纪研究的背景。

“我们中的很多人都在不止一条车道上，并且了解使用多个学科如何让我们提出不同的问题，”贝克尔说。

该课程还邀请了多位演讲嘉宾，包括一位艺术管理员、一位玻璃吹制工、一位陶艺家和一位丙烯酸涂料制造商。学生也有机会在动手实验中应用他们的知识;活动包括制作油漆、创作罗马风格的壁画和试热陶器。

在此过程中，他们不仅考虑对象的物理特性，还考虑对象的文化历史。

在计划课程时，两位记录在案的讲师——艺术史副教授兼主席帕梅拉·斯马特和贝克尔—— 一直在努力保持人文和科学之间的对称。因为他们本身来自人文学科，所以他们借鉴了来自博物馆、高等教育和工业界的广泛同事(目前共有 16 人)的专业知识。斯马特说，教师面临的挑战是提供贯穿课程的叙述，为学生将想法和概念联系在一起。

例如，在人文学科方面，科学对于理解历史的运作和某些商品的流通至关重要。另一方面，该课程鼓励 STEM 学生考虑知识生产和应用背后的社会和历史偶然性。创新不是沿着简单的轨迹出现的。斯马特解释说，相反，历史事故可以激发新知识，或导致失去以前掌握的技能。

“我们的基本问题是，认为科学和人文学科占据完全不同的领域是没有成效的。这是一个相对较新的想法，他们不属于一起，”斯马特说。“我们想提出他们相互丰富的论点。”

跨学科重点

Materials Matter 的种子在Material and Visual Worlds 跨学科卓​​越领域 (TAE)种下。外部奖学金主任和本科生研究中心 Valerie Imbruce 解释说，成员们对将 TAE 的方法应用于课程计划有着共同的兴趣，这反过来将开辟新的研究途径、合作和在课堂上测试想法的方法。

她和斯玛特共同指导国家人文基金会资助该计划;Imbruce 还进行课程的教育评估。

这是目前 NEH 赠款的最后一年，由于大流行，该赠款获得了一年的延期。虽然 Imbruce 和 Smart 希望该课程以目前的形式继续下去，但他们也希望将其锚定在一个围绕跨学科合作和交流建立的辅修课程中。为此，他们加入了 Humanistic STEM (H-STEM)，这是多所大学之间的一个项目，旨在创建一个融合科学和人文学科的可转移模型，Imbruce 说。

今年，Materials Matter 与一项倡议合作，将S3IP 卓越中心的一部分分析和诊断实验室(ADL) 开放给更广泛的课程和项目。在课堂上，ADL研究科学家 Jenny Amey和博士后物理研究员 Matt Wahila 演示了使用该设施的扫描电子显微镜和 HAXPES 来近距离观察构成颜料的元素。

Amey 说，扫描电子显微镜上的探测器捕获 X 射线，并可以绘制颜料中特定元素的位置。用户还可以查看颜料中含有多少特定元素，例如铜或钙。结果，两种在肉眼看来可能是相同的蓝色色调的颜料因此在来源上完全不同：一种是人工合成的，另一种来自岩石。Becker 解释说，这种区分对于确定艺术品的来源和真实性非常有用。

“假设一幅画有二氧化钛之类的东西，这是一种直到 1920 年代才用于油漆的颜料，”贝克尔说。“如果你在很久以前的材料上发现它，你会有很多问题：这种材料是真实的吗?该物体在 1920 年代之后是否被修复?”

Wahila 解释说，HAXPES 还允许科学家了解测试材料中的元素构成和比例。但是，他们还可以获得有关这些元素的键合和相互作用的其他数据：例如，其中的特定铜化合物。反过来，这些数据可以导致其他见解，例如颜料应该基于其原子结构的颜色。

HAXPES 于 2019 年被该大学收购，是世界上第三个此类项目，也是欧洲以外的第一个此类项目。在其发明之前，只有粒子加速器可以执行类似的任务;然而，Wahila 说，HAXPES 使用液态镓容器来产生 X 射线，这让小型实验室首次能够进行这种类型的分析。

学生反应

该课程吸引了来自各个学科和本科旅程各个层次的学生。他们深入了解了他们可能没有考虑过的学科的不同方面：例如，化学专业可能会学习如何使用化学过程来配制新油漆或改变玻璃的颜色。

根据学生的反馈，这门课确实激发了跨学科的兴趣，人文学科的学生对科学有了更深的理解，反之亦然。学生们表示，他们欣赏教师的热情、知识和承诺，科学和壁画实验室在评估期间获得了特别高的分数。

一年级学生 Ashley Dua 在高中时不喜欢科学课，她对在满足通识教育实验室要求的同时将艺术和科学结合起来的可能性很感兴趣。原来这是她这个学期最喜欢的课。

“我总觉得我在学习每件事的两个方面。我不仅在学习某种东西是如何制造的，而且还在学习它为什么被制造出来，它是如何随着时间的推移而改进的，以及材料背后的科学，”正在考虑哲学、政治和法律以及政治学专业的 Dua 说。“而且你真的不知道你每天会得到什么，因为有不同的人教授不同的专业，比如科学家或考古学家。”

她特别喜欢颜料单元及其终极活动：使用碎花和其他添加剂制作油漆。Dua 创造了一种绿松石色涂料，并在木材、塑料和其他材料上进行了测试。

作为生物科学和古典文明的双主修，大四学生利亚姆·麦奎克(Liam McGuirk)在医学院的面试中热情地讨论了这门课程。这门课程和他的经典专业激发了他的采访者的兴趣——甚至比他的科学研究和他参加的会议更重要。

他去年参加了这门课程，目前是一名助教，帮助他的同龄人掌握材料。作为一名助教，他鼓励同学们就他们所学的东西提出问题：为什么陶艺家会选择这种粘土，并以这种方式塑造它?

“我认为本科教育一般来说更多的是学习如何提出问题，而不是寻找答案。这门课做得很好，”麦奎克说。“它教你如何提出更好的问题，不仅解决你所理解的问题，而且解决其他学科可能会问的问题，即使你不知道如何回答它们。”

他对考虑这门课程的学生有一些建议：“不要害怕走出你的舒适区，因为你将不得不稍微走出你的舒适区。你所经历的学习不仅会丰富你所知道的，而且会帮助你更多地了解你不知道的东西。这就是大学的全部意义，对吧?”