Mit Neutronen und Photonen lassen sich historische Objekte überaus schonend und absolut zerstörungsfrei untersuchen. Immer öfter kommen daher Kunsthistoriker oder Archäologen an das HZB. Hier lassen sie Bilder antiker Meister auf Echtheit prüfen oder bringen wertvolle Schriften mit, wie die des Archimedes oder die Qumran-Rollen, die zu den ältesten bekannten Aufzeichnungen der Bibel zählen. Andere bringen Teile versunkener Schiffe oder Kultgegenstände wie die Himmelsscheibe von Nebra oder den Berliner Goldhut, ein Artefakt aus der Bronzezeit, der vermutlich ein Kalender war. Damit die oft einzigartigen und sehr wertvollen Objekte nicht beschädigt oder gar entwendet werden, verfügt das HZB über klimatisierte Untersuchungsräume sowie über Tresore für die Lagerung.
In der Regel stehen Fragen der Entstehung, Herkunft, Echtheit sowie Aspekte der Konservierung im Vordergrund. Physiker können mit Neutronen metallische Werkstoffe untersuchen sowie verborgene Farbschichten auf Bildern oder das Innenleben von archäologischen Schätzen zum Vorschein bringen. Mit Synchrotronlicht lässt sich die chemische Zusammensetzung von Gemälden oder Kunstgegenständen genauestens analysieren. Beispielsweise wurde das Licht von BESSY II genutzt, um den „Schmuck der Kaiserinnen“ aus dem 11. Jahrhundert zu untersuchen, auch bekannt als Gisela Schmuck. Mit Neutronen haben Forscher vom Berliner Museum für Naturkunde einen 270 Millionen Jahre alten Dinosaurierschädel durchleuchtet, um Informationen über das Hörsystem der urzeitlichen Organismen zu bekommen.
Der Wurm in der Seelilielie: 150 Millionen Jahre alte versteinerte Seelilie gab den Archäologen vom Museum für Naturkunde der Humboldt-Universität ihr Geheimnis preis – dank Neutronentomographie: Der antike Stachelhäuter war von einem Wurm befallen. Wurm und Seelilie lebten in Symbiose miteinander.
Die Himmelsscheibe von Nebra: Die absolut zerstörungsfreie Analyse des rund 4000 Jahre alten Kulturobjekts brachte wichtige Erkenntnisse. Die älteste bekannte Abbildung des nächtlichen Sternenhimmels, wurde offensichtlich in mehreren Phasen erschaffen und die Materialien stammen aus verschiedenen Teilen Europas. Dies belegt Reiseaktivitäten, die in jener Zeit bislang als ausgeschlossen galten.
Der „Schmuck der Kaiserinnen“ zur Untersuchung an BESSY II: Die einzelnen Schmuckstücke aus Feingold weisen vielfältige Verzierungen mit Edelsteinen, Perlen und antiken Gemmen auf. Anhand der Materialzusammensetzung können Kunsthistoriker Rückschlüsse auf Bearbeitungsschritte zu verschiedenen Zeitpunkten ziehen.
Versunkene Schätze: Oft sind Schätze aus versunkenen Schiffen mit einer dicken Kalkschicht überdeckt. Versuchen Archäologen sie zu entfernen, beschädigen sie möglicherweise das Objekt. Belassen sie es, ist es nutzlos für die Wissenschaft. Die Tomographie insbesondere mit Neutronen erlaubt nun tiefe Einblicke ins Innere der Gegenstände, ohne sie zu zerstören. In Kooperation mit der Universität Palermo hat das HZB Objekte untersucht, die vom Grund des Mittelmeers geborgen wurden. Von den detailreichen Bildern erhoffen sich die Archäologen Hinweise auf deren Entstehungszeit sowie auf das beste Verfahren zur Restauration.
Die Echtheit von Gemälden: Lange war nicht klar, ob das Gemälde „Armida entführt den eingeschläferten Rinaldo“ aus der Berliner Gemäldegalerie ein Original des französischen Malers Nicolas Poussin (1594 –1665) ist. Untersuchungen am HZB konnten zeigen, dass vorskizzierte Bäume von der gleichen Art und aus identischen Farbpigmenten übermalt wurden; für Kunsthistoriker ein untrügerisches Zeichen, dass es sich um ein Original handelt.