מאיץ אטומים ייחודי, שהחל לפעול במכון ויצמן, יסייע בפתרון מספר תעלומות שמעסיקות ארכיאולוגים שנים רבות. בין השאלות שהמאיץ יוכל לסייע בפתרונן: מתי בדיוק עזב האדם המודרני את אפריקה ותפס את מקומם של הניאנדרטלים בלבנט ובאירופה? האם אפשר להשתמש בשרידי מינרלים צמחיים לצורך תיארוך אתרים ארכיאולוגיים? האם נכונה ההערכה לגבי עיתוי קריסת הציביליזציות בתקופת הברונזה הקדומה?

אחת השאלות שכבר נמצאה להן תשובה באמצעות המאיץ היא: מתי התחילו בני-אדם להביע את רגשותיהם בפרחים? מתברר שכבר בפרה-היסטוריה ריפדו תושבי הר הכרמל את קברי המתים שלהם בשכבה של פרחי בר ריחניים, כגון מרוות יהודה, בירוניקה ומנטה. מכיוון שפרחים מעוררים בבני-אדם רגשות חיוביים, כנראה שהתושבים הקדומים של אזורנו ניסו להנעים למתים את הפרידה מן העולם הזה.

מדובר בממצא הקדום ביותר שמעיד על שימוש בפרחים בעת קבורה. על-פי התיארוך שנעשה על ידי ד"ר אליזבטה בוארטו במכון ויצמן למדע, הקברים הם בני 11,700 עד 13,700 שנה. ד"ר בוארטו הייתה חלק מצוות חוקרים בין-לאומי, בראשות הארכיאולוג פרופ' דני נדל מאוניברסיטת חיפה, שחפרו במערת רקפת הצופה אל ים התיכון. במערה התגוררו הנטופים, ציידים-לקטים פרה-היסטוריים, שחיו באזורים רבים של הלבנט. הממצאים התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי "רשומות האקדמיה למדעים של ארה"ב" (PNAS).

מאיץ האטומים הייחודי הוא חלק ממעבדה מתקדמת, הראשונה מסוגה במזרח התיכון כולו,  שהותקנה באחרונה במכון  ויצמן למדע. המעבדה, הקרויה מעבדת REAMS-D (ראשי תיבות באנגלית של "מאיץ ספקטרומטריית מאסות מחקרי על-שם דנגור") – מיועדת לתיארוך ממצאים ארכיאולוגיים באמצעות מדידת הריכוז של פחמן רדיואקטיבי, C14. תיארוך כזה מתבסס על מדידת היחס בין אטומים של C14 לבין אטומי פחמן יציבים, C12 ו- C13. הפחמן הרדיואקטיבי מתפרק בהדרגה, לעומת פחמן יציב שמספר האטומים שלו נשאר קבוע. לכן, ככל שהיחס בין הפחמן הרדיואקטיבי לבין הפחמן היציב יורד, כך הדוגמה ישנה יותר.

בעבר נדרשה לצורך מדידות אלה כמות גדולה יחסית של חומר, לפחות כמה גרמים, מפני שהתיארוך הסתמך על מדידה עקיפה של כמות הפחמן הרדיואקטיבי באמצעות תצפית על דעיכתו. לעומת זאת, מאיץ כמו ה-REAMS-D, בו מואצים האטומים לאנרגיות גבוהות לפני שמתחיל תהליך הבדיקה, סופר ישירות את האטומים הרדיואקטיביים. הדיוק של הבדיקה מדהים, בהתחשב בכך שעל כל אטום פחמן רדיואקטיבי ישנם כטריליון או אפילו כקוודריליון אטומי פחמן יציבים.

כתוצאה מכך, אפשר לבצע תיארוך של דוגמה זעירה השוקלת מספר מיליגרמים בלבד. "למשל, כמות של חמישה גרמים של חומר, השווה לשקית סוכר שמגישים עם תה או קפה, מתאימה לביצוע כחמשת אלפים מדידות", אומרת ד"ר בוארטו, מנהלת מעבדת REAMS-D. "אפשר אפילו לבצע תיארוך של גרגיר יחיד של דגן".

מעבדת REAMS-D מבטיחה לשפוך אור חדש על העבר הרחוק. לדוגמה, היא עשויה לעזור לקבוע מתי נדד האדם המודרני, ההומו ספיאנס (Homo sapiens), אל מחוץ לאפריקה. אחת מתחנותיהם הראשונות בלבנט הייתה באזור עין עבדת שבנגב באתר הנקרא בוקר תחתית. הארכיאולוגים שחפרו את האתר בשנות ה-70 של המאה הקודמת קבעו שגילו כ-47 אלף שנה אך תיארוכו באמצעות פחמן רדיואקטיבי היה אז לא מדויק, לכן השאלה נשארה פתוחה: מה גילו המדויק של אתר בוקר תחתית?

כדי לענות על שאלה זו מתכוונים ד"ר בוארטו והארכיאולוג ד"ר עומרי ברזילי לחפור מחדש את האתר. הפרויקט צפוי להתחיל באוקטובר 2013. לחפירות יצטרפו מדענים ממכון מקס פלנק שבלייפציג. לצורך החפירות יקימו המדענים מעבדת שדה באתר ויאספו דוגמאות של שרידי פחם מהמדורות של הקדמונים, וכן משרידי עצמות ומחומרים נוספים, שיכולים לעזור בשיחזור אורח החיים של האדם הקדמון, בנוסף לתיארוך המדויק של זמן ההתיישבות באתר. הדוגמאות יתוארכו בהמשך במעבדת REAMS-D.

הבדיקה יכולה לעזור ולהבהיר את היחסים בין האדם המודרני, ההומו סאפינס, לבין האדם הניאנדרטלי. כדי לדעת אם היו מגעים בין שתי האוכלוסיות, ראשית, חשוב לקבוע האם אמנם התקיימו במקביל. כמו כן המחקר עשוי לעזור להעריך את קצב השינויים בטכנולוגיות הקיום ובאורח החיים של האדם הקדמון באזורנו.

ייתכן כי השימוש בכמויות זעירות של חומר יאפשר לפתח גישה חדשה לגמרי לתיארוך אתרים ארכיאולוגיים. אפשרות זו נבדקת כעת במעבדת REAMS-D. מדובר בתיארוך באמצעות חלקיקי סיליקה זעירים המופקים על-ידי צמחים רבים. לעומת החומר האורגני מהצמחים אשר מתפרק מהר, החלקיקים האלה – הלא-אורגניים – אינם משתנים במשך אלפי שנים. החלקיקים האלה כוללים בתוכם כעשירית אחוז של חומר אורגני. מכיוון שזו כמות קטנה ביותר, השימוש בה לצורך תיארוך מהווה אתגר עצום, אפילו באמצעות טכנולוגיה מתקדמת.

הדיוק הרב של התיארוך באמצעות המאיץ יהיה חיוני בפרויקט נוסף הנוגע לתקופה קרובה יותר אלינו, תקופת הברונזה הקדומה, שעל פי הערכות קודמות, הסתיימה בלבנט לפני 4,300 שנה. בתקופה זו התפתח הכתב במסופוטמיה ונוצרו ערי מדינה ראשונות באזור. סופה של תקופת הברונזה הקדומה נקבע לפי נטישת ערים אלה.

ארכיאולוגים סברו כי ערי המדינה ננטשו עקב בצורת חמורה ששררה באזור באותה תקופה, אך במחקר שנעשה באחרונה גילו ד"ר בוארטו ותלמידת המחקר יוהנה רגב תגלית מפתיעה: הערים ננטשו – ותקופה הברונזה הקדומה הסתיימה – 200 שנה מוקדם יותר ממה שמקובל היה לחשוב. משמעות הממצא היא שהתיאוריה הקושרת את הנטישה לאקלים איננה תקפה, וכי יש למצוא הסבר חלופי. התיקון בתיארוך תקופת הברונזה הקדומה עשוי להשפיע גם על חקר התרבויות השכנות במצרים ומסופוטמיה, שהיו קשורות לישראל העתיקה בקשרי מסחר ועוד.