Scienziati catturano in 4D il movimento degli atomi durante i passaggi di stato

Alcuni scienziati americani sono riusciti a ottenere delle immagini in 4D del movimento interno a una particella durante i passaggi di stato della materia. Un risultato che potrebbe portare l'uomo, un giorno, a controllare la materia stessa.

Alexander Tokarev/UCLA Un'immagine in 4D dei movimenti che avvengono a livello di una nanoparticella

A quanto pare, tutte le teorie sui passaggi di stato della materia (i processi attraverso cui una sostanza fonde, va incontro a congelamento, evapora e così via) sono destinate a essere completamente rivoluzionate da un recente studio di un team di ricercatori dell’Università della California di Los Angeles (UCLA).

Gli addetti ai lavori dell’UCLA sono infatti riusciti a visualizzare in 4D il movimento degli atomi nel tempo e nelle tre dimensioni dello spazio durante i processi di passaggio di stato.

I risultati ottenuti sono straordinari e già si comincia a discutere sul rivisitare completamente il concetto di “nucleazione”, fenomeno in cui gli atomi cominciano a passare da uno stato della materia all’altro.

Comprendere tutti i dettagli dei processi di passaggio di stato della materia potrebbe contribuire alla creazione e allo studio di nuovi materiali, sostanze chimiche mai viste prima o addirittura nuovi fenomeni biologici.

Andando a vedere i particolari della ricerca, gli scienziati si sono basati su studi precedenti in merito ai passaggi di stato, avvalendosi di un avanzatissimo microscopio elettronico 3D al fine di esaminare una lega di platino e alluminio sezionata in nanoparticelle di diametro molto inferiore a quello di un capello umano.

Dartmouth College Electron Microscope FacilityDei granuli di polline osservati tramite un microscopio elettronico
Un esempio di immagine ottenuta tramite microscopia elettronica

Le sezioni in lega sono state sottoposte a una temperatura di 520°C, comportando il passaggio delle particelle da uno stato solido a un altro, il tutto completamente documentato grazie a delle immagini virtuali del processo catturate al minuto 9, 16 e 26.

Le immagini sono state ottenute dopo il riscaldamento del campione, mentre questo veniva ruotato a livello del microscopio.

Usando degli speciali algoritmi, gli scienziati americani sono riusciti a seguire le trasformazioni subite da un numero esiguo di atomi specifici.

Jianwei "John" Miao, uno degli addetti ai lavori, ha rilasciato alcune dichiarazioni per dare un’idea della complessità dell’impresa portata a termine dal suo team:

Le persone pensano che sia oltremodo difficile trovare un ago in un pagliaio, ma quanto può essere difficile trovare e seguire la trasformazione di pochi atomi specifici, in tre tempi diversi, fra trilioni di altri atomi?

I ricercatori, guardando le immagini ottenute, si sono subito accorti che i nuclei osservati assumevano forme irregolari rispetto a quanto sempre sostenuto dalle teorie sui passaggi di stato che tutti conosciamo.

Nonostante i risultati ottenuti non facciano apparentemente gridare al miracolo, Peter Ercius, coautore dello studio, sottolinea invece quanto l’osservare direttamente i passaggi di stato della materia possa essere importante per l’umanità:

Il passaggio da uno stato all’altro della materia è sempre stato complicato. Una volta però che hai un’idea più precisa di ciò che hai di fronte, puoi anche cominciare a pensare a come controllarlo.

Dunque il messaggio di Ercius è chiaro, comprendere i meccanismi alla base dei passaggi di stato potrebbe anche rivelarci come riuscire a controllare la materia stessa.

E voi che ne pensate? Credete che l’uomo riuscirà davvero un giorno a sfruttare la materia come meglio crede?

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