A cura di MIUR - Direzione Generale per il coordinamento la promozione e la valorizzazione della ricerca

Oltre la Terra: confermata l’esistenza dell’acqua superionica, già prevista 20 anni fa

Oltre la Terra: confermata l’esistenza dell’acqua superionica, già prevista 20 anni fa

Liquida e solida allo stesso tempo: è questa l’insolita forma assunta dall’acqua in particolari condizioni estreme, assenti sulla Terra ma presenti in altri pianeti. 

La conferma sperimentale dell’esistenza di questa particolare configurazione dell’acqua – detta superionica – arriva da un recente studio pubblicato su Nature Physics condotto da ricercatori dei laboratori statunitensi Lawrence Livermore e dell’Università della California Berkeley, che ha consentito di riprodurre il laboratorio le altissime temperature e pressioni alle quali si produce il fenomeno. 

L’esistenza dell’acqua superionica, che potrebbe trovarsi in pianeti a noi relativamente “vicini” come Urano o Nettuno, o in diversi pianeti extrasolari, non è però una novità.

Ipotizzata negli anni ’80, questa particolare “fase” in cui si presenta l’acqua era stata accuratamente descritta in uno studio uscito nel 1999 sulla rivista Science, condotto da un gruppo di scienziati della SISSA e del Centro internazionale di fisica teorica Abdus Salam in collaborazione con ricercatori dell’Istituto Max-Planck di Stoccarda. 

Quasi 20 anni fa, quel gruppo di ricerca era giunto dimostrare, per primo, l’esistenza di una fase superionica dell’acqua, utilizzando modelli di simulazione realistica al computer fortemente all’avanguardia. 

“ll nuovo risultato sperimentale è una ulteriore prova che il modello teorico da noi definito tanti anni fa era in grado, a dispetto delle limitate risorse computazionali dell’epoca, di prevedere molto bene situazioni fisiche difficilmente riproducibili in laboratorio”, ha commentato Erio Tosatti, uno degli autori di quella ricerca. 

Ma in che cosa consiste esattamente questa fase superionica dell’acqua? “È uno stato molto interessante perché non si tratta né di un solido né di un liquido: gli ossigeni restano fissi, mentre i protoni sono liberi di fluire”, ha aggiunto Sandro Scandolo, un altro degli autori della pubblicazione del ’99.

In presenza di elevatissime temperature e pressioni, i legami tra ossigeno e idrogeno delle molecole di acqua si indeboliscono per il calore. Al contempo, le alte pressioni mantengono l’ossigeno bloccato in un allineamento solido, mentre gli atomi di idrogeno, liquidi, possono scorrere negli spazi intermedi. In queste condizioni, l’acqua superionica diventa un conduttore in cui l’elettricità è portata da ioni con carica positiva anziché da elettroni, come normalmente accade. 

Si tratta di un fenomeno con implicazioni potenzialmente rilevanti.“Se riuscissimo a ricreare questa configurazione a condizioni meno proibitive, avremmo una batteria ideale, con cariche che si muovono liberamente all’interno di una struttura meccanica solida”, ha spiegato Scandolo.

Il prossimo passo sarà capire se in pianeti con abbondante acqua, come Urano o Nettuno, questa si trovi allo stato liquido, solido o superionico.

Fonte SISSA
Data pubblicazione 23/03/2018
Tag Scienze fisiche e ingegneria