Andrea Carobene, Nòva24 26/8/2010, 26 agosto 2010
PASSIONE FISICA
Una punta di diamante italiana cambierà i testi di fisica e di chimica di tutto il mondo. Una cella a pressione realizzata da un gruppo di ricercatori sparsi tra 4 diversi stati tenuti in collegamento da una studiosa veronese ventinovenne appassionata di fotografia che si è trasferita a Monaco, dove lavora con sorgenti di neutroni al locale Politecnico.
Sono tanti i traguardi raggiunti da Giovanna Giulia Simeoni: maturità classica a Verona, laureata in Fisica a Trento e con un dottorato alla Sapienza di Roma. Tra questi traguardi sicuramente va annoverato l’articolo che «Nature Physics» ha dedicato alla sua scoperta di due nuove fasi della materia che si vanno ad aggiungere agli stati di liquido, solido, gassoso e plasma. Da oggi, quindi, la materia ha due nuovi stati che potremmo chiamare pseudo liquido e pseudo gassoso. La novità è tale che non esiste una traduzione ufficiale dei termini inglesi "gas-like" e "liquidlike" e, parlando con lei, quasi assistiamo in diretta alla nascita della denominazione italiana discutendo se è meglio utilizzare "quasi", "tipo" o "pseudo". Optiamo alla fine per quest’ultima parola, che ci sembra descrivere meglio quanto avviene alle gigantesche pressioni studiate dalla ricercatrice italiana.
«Con le nostre apparecchiature abbiamo esplorato la regione del diagramma delle fasi supercritica», ci spiega. Il diagramma delle fasi è un grafico, con il quale tutti ci siamo scontrati alle scuole superiori, che descrive come sono correlati fra loro i cambiamenti di pressione, volume e temperatura nella materia. Questo diagramma permette di capire quando un gas diventa liquido, o ancora quando si trasforma in solido. La regione supercritica è quella che nel diagramma sta oltre il punto critico: una zona dove basta una minima variazione di pressione, volume o temperatura per far drasticamente cambiare le proprietà del sistema. «La parola supercritica non è casuale, perché descrive una fase molto instabile, dove piccoli spostamenti danno origine a grandi variazioni». Finora vi erano solo delle previsioni teoriche su quanto avveniva nella regione super-critica, ma non era ancora stato possibile realizzare degli esperimenti per le enormi difficoltà tecniche cui si va incontro. Stiamo infatti parlando di pressioni decine di migliaia di volte superiori a quella atmosferica: le incudini di diamante italiane hanno però permesso di affrontare con successo tutte le limitazioni. «Abbiamo preso dell’argon: una gas monatomico che, grazie al suo essere nobile, non interagisce chimicamente con altri elementi. L’argon è stato schiacciato fra due incudini di diamante fissate all’interno di un pistone premute l’una contro l’altra da una sorta di sacchetto metallico gonfiabile ». Il pistone è costituito da due semi-cilindri avvitati che, insieme al sacchetto metallico posto all’interno, formano un sistema analogo a un torchio idraulico che permette di generare pressioni enormi, arrivando a circa 4-5 Gigapascal, ossia a circa 50.000 volte la pressione atmosferica. «A questo punto abbiamo illuminato il gas con raggi X, producendo delle onde di pressione che abbiamo analizzato».
Ed è qui che nasce la sorpresa: la modalità di propagazione di queste onde, che sono poi dei suoni, dipende infatti dalla natura del mezzo nel quale si muovono. Le onde sonore, infatti, viaggiano diversamente in un gas o in un liquido. Il gruppo di Simeoni ha così scoperto che in alcuni casi si assisteva a una propagazione che ricordava quella di un liquido, e in altre circostanze quella di un gas. «Prima non si sapeva nulla di quanto avveniva in questa fase, e ora abbiamo scoperto che invece vi sono delle distinzioni precise». Per raggiungere questo risultato Simeoni, oltre a dare il contributo fondamentale all’analisi e interpretazione del risultato scientifico, ha collegato i componenti di un gruppo di ricerca internazionale dove ciascuno ha dato il suo apporto. L’Ucraina Taras Bryk ha fornito le simulazioni al calcolatore; alla Sapienza di Roma Giancarlo Ruocco e Tullio Scopigno hanno condiviso l’esperienza sui liquidi ad alta pressione; mentre dal Lens di Sesto Fiorientino, Mario Santoro ha fornito l’expertise sulle alte pressioni assieme a F.A. Gorelli. Infine, dall’European synchrotron research facility di Grenoble, Michael Krisch ha garantito il supporto tecnico e la consulenza scientifica durante gli esperimenti con i raggi X.
La scoperta non ha solo un valore teorico, ma ha anche delle importanti ricadute industriali in settori che vanno dalla chimica alla medicina.
«I fluidi supercritici sono utilizzati in molti comparti industriali grazie al loro elevato potere solvente. L’industria del caffè usa il diossido di carbonio in fase supercritica per eliminare la caffeina e produrre il decaffeinato». Ancora, «nelle nanotecnologie i fluidi supercritici consentono di penetrare nei pori del substrato, favorendo i processi di deposizione, o possono essere usati per la sintesi di nanoparticelle». Conoscere con precisione il comportamento dei fluidi in condizioni estreme di pressione permetterà anche di ottimizzarne l’uso come catalizzatori, ma anche di comprendere cosa avviene nel cuore dei pianeti giganti, dove la materia si trova in queste condizioni eccezionali.
La scoperta di Simeoni ha quindi conseguenze tanto nel mondo del microcosmo quanto in quella dello studio dei processi geologici del mondo macroscopico, terremoti compresi, ed è difficile non rimanere affascinati dalla portata di un lavoro che nasce dalla passione per la scienza, la ricerca e il mistero della Natura.
Mistero e fascino che sono raccontati anche nelle fotografie della ricercatrice italiana, che ha già realizzato alcune esposizioni in Italia e ne sta organizzando altre a Berlino e a Monaco. Le sue immagini, raccolte nel corso di alcuni viaggi in Europa e Tokyo, sono state scelte per dialogare con il pubblico, lasciando agli spettatori la libertà di interpretazione. Fotografie che affrontano il tema del rapporto tra il tempo e la vita di ogni uomo, in quel cammino che è il percorso individuale di ogni esistenza, gettata all’interno di una Natura della quale ancora oggi comprendiamo così poco, anche se ora, almeno, sappiamo che la materia ha due nuove fasi in più.