I ricercatori di Stanford hanno per la prima volta catturato la fase di congelamento dell’acqua, molecola per molecola, in una forma strana e densa chiamata “ghiaccio VII”, rilevato naturalmente in ambienti alieni. Un qualcosa che accade, in genere, quando si scontrano i corpi planetari ghiacciati.
Oltre ad aiutare gli scienziati a comprendere meglio questi mondi remoti, i risultati – pubblicati online su Physical Review Letters – potrebbero rivelare come l’acqua e altre sostanze subiscano la transizione da liquidi a solidi. Imparare a manipolare tali transizioni potrebbe aprire la strada a materiali ingegneristici con nuove proprietà inedite. “Questi esperimenti con l’acqua sono i primi nel loro genere, permettendoci di testimoniare una transizione fondamentale dal ‘disordine’ a una delle molecole più abbondanti dell’universo“, ha dichiarato l’autore dello studio Arianna Gleason, del Los Alamos National Laboratory.
Gli scienziati hanno da tempo studiato come i materiali subiscano cambiamenti di fase tra gli stati gas, liquidi e solidi. I cambiamenti di fase possono accadere rapidamente, però, e sulla scala minima di semplici atomi. Le ricerche precedenti hanno lottato per catturare l’azione momentanea delle transizioni di fase e hanno lavorato andando all’indietro, ovvero alla fase da solidi stabili alle fasi molecolari adottate dai liquidi. “C’è stato un enorme numero di studi sul ghiaccio, perché tutti vogliono capire il suo comportamento“, ha affermato Wendy Mao, professore associato di scienze geologiche e investigatore principale dello Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES). “Quello che dimostra il nostro nuovo studio, e che non è stato fatto prima, è la capacità di vedere la forma della struttura del ghiaccio in tempo reale“.
Catturare il ghiaccio
Queste tempistiche sono diventate realizzabili grazie alla Linac Coherent Light Source, il più potente laser a raggi X del mondo. Qui, il team scientifico ha trasmesso un intenso laser di colore verde a un piccolo bersaglio contenente un campione di acqua liquida. Il laser ha immediatamente vaporizzato strati di diamante da un lato del bersaglio, generando una forza che ha compresso l’acqua in pressioni superiori a 50 mila volte quella dell’atmosfera terrestre sul livello del mare.
La piattaforma sviluppata per questo studio – che combina l’alta pressione con immagini istantanee – potrebbe aiutare i ricercatori a sondare i modi innumerevoli in cui l’acqua si blocca, a seconda della pressione e della temperatura. Nelle condizioni in cui si trova sulla superficie del nostro pianeta, l’acqua cristallizza in un solo modo, chiamato semplicemente “ghiaccio esagonale”, sia nei ghiacciai o nei vassoi di ghiaccio nel congelatore.
Dividere in tipi di ghiaccio extraterrestre, incluso il ghiaccio VII, aiuterà gli scienziati a modellare tali ambienti remoti come gli impatti comete, le strutture interne di lune potenzialmente in grado di sostenere l’acqua, come Europa di Giove e le dinamiche degli esoplaneti giganti, rocciosi e oceanici chiamati superTerra. “Qualsiasi satellite è intimamente collegato alla superficie dell’oggetto“, ha dichiarato Gleason. “Imparare a conoscere questi interni ghiacciati ci aiuterà a capire come si formano i mondi del nostro sistema solare e come almeno uno di loro, per quanto sappiamo, ha avuto tutte le caratteristiche necessarie alla vita“.
