Finestre, bicchieri, specchi e bottiglie: sono decine gli oggetti di vetro con cui abbiamo a che fare ogni giorno. Eppure, nonostante si tratti di un materiale così diffuso, si sa ancora poco dei meccanismi fisici responsabili della sua formazione. Un contributo fondamentale per la comprensione della “transizione vetrosa” arriva oggi da unaricerca coordinata dal fisico della Sapienza Università di Roma Giorgio Parisi, pubblicata su Nature Communications. Grazie a complesse simulazioni alcomputer e a calcoli numerici, gli autori dello studio hanno elaborato infatti unmodello matematico in grado di rappresentare per la prima volta in modo realistico, la struttura interna del vetro.
Si tratta di un risultato estremamente importante, perché il vetro, a differenza di altri materiali solidi, ha una struttura interna caratterizzata dalla mancanza di ordine tra le molecole che lo costituiscono e dall'instabilità del sistema nei diversi stati della materia, che fino ad oggi ha ne reso estremamente difficile la comprensione teorica.
Nel nuovo studio, i ricercatori sono partiti dal comportamento delle molecole durante la transizione vetrosa. Man mano che il liquido si raffredda infatti, i movimenti delle molecole diventano sempre più limitati, fino al punto di non potersi allontanare dalla loro posizione. Per visualizzare questo fenomeno, i ricercatori hanno deciso di prendere in considerazione il paesaggio energetico, ovvero la mappa di tutte le possibili configurazioni delle molecole del sistema nei diversi stati della materia, e hanno quindi utilizzato una metafora matematica classica per descriverlo: quella degli stagni comunicanti.
Quando l'acqua è alta (metafora della temperatura elevata) le particelle si muovono a loro piacimento da stagno a stagno senza problemi. Ma come il livello dell'acqua inizia ad abbassarsi (e quindi la temperatura scende), le particelle rimangono intrappolate in uno dei piccoli stagni. Alla fine quando gli stagni si svuotano, le molecole rimangono congelate in configurazioni disordinate e rigide. I ricercatori si sono chiesti quindi che "forma" avessero esattamente i paesaggi di energia di vetro in fondo agli “stagni”, dove le molecole si bloccano, e utilizzando simulazioni al computer e calcoli numerici, sono riusciti quindi a dimostrare che è descrivibile da una teoria frattale.
“Questa scoperta consente di avere una visione unificata della matematica, della teoria e di diverse proprietà dei vetri”, spiega Parisi. “Inoltre ha il potenziale di riunire in un quadro coerente una vasta gamma di comportamenti osservati nei vetri e non ancora spiegati, come le “valanghe”, ovvero movimenti improvvisi di molte molecole ".
Riferimenti: Fractal free energy landscapes in structural glasses; Patrick Charbonneau, Jorge Kurchan, Giorgio Parisi, Pierfrancesco Urbani & Francesco Zamponi; Nature Communications doi:10.1038/ncomms4725
Credits immagine: Bart van de Biezen/Flickr
Se avete ricerche e studi da segnalare alla redazione per la rubrica "Ricerca d'Italia" scrivete a redazione@galileonet.it
Nessun commento:
Posta un commento