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Acqua quantistica: una scoperta ridisegna l’H2O

berillo
Federica Frigeri
Scritto da Federica Frigeri

Acqua quantistica? Un’incredibile scoperta ha rivelato un nuovo stato dell’H2O, mostrando come l’acqua si comporti in modo inaspettato nella roccia.
I ricercatori del Dipartimento dell’Energia statunitense hanno descritto una situazione prima d’ora mai rilevata, messa in atto dalle molecole dell’acqua all’interno del minerale berillo (del quale due varietà sono l’acquamarina o lo smeraldo): l’effetto tunnel.

 

È una scoperta senza precedenti che potrebbe portare alla comprensione del comportamento dell’acqua e del modo attraverso il quale utilizza l’energia. Inoltre dovrebbe aiutare a descrivere come l’acqua si muove in ambienti altamente confinati, ad esempio i canali delle membrane cellulari, i nanotubi di carbonio e le interfacce dei minerali in moltissimi ambienti geologici.

Il berillo contiene piccolissimi canali esagonali, della dimensione di 5 angstrom: quando l’acqua entra in questi minuscoli spazi si comporta in maniera diversa a quanto ritenuto fino ad oggi possibile. A basse temperature, l’acqua presente nel minerale è canalizzata e mostra un comportamento quantistico: ciò significa che gli atomi di idrogeno e ossigeno della molecola sono delocalizzati, cioè presenti in modo equivalente in tutte le sei posizioni dell’esagono. Uno stato, l’effetto tunnel, che non era mai stato riscontrato nei già noti stati gassoso, liquido e solido dell’acqua, mentre lo stesso avvenimento si era osservato in precedenza nell’idrogeno. Nella condizione “canalizzata” o “tunneling”, le molecole sono delocalizzate attorno ad un anello.

Queste, intrappolate nei canali esagonali del minerale, si comportano in un modo ritenuto di fatto impraticabile per la fisica classica. Il fenomeno infatti, si verifica solo nella fisica quantistica, non avendo riscontro nella nostra esperienza di tutti i giorni.

Dalla meccanica classica alla fisica quantistica

Con il termine meccanica classica si intendono tutte le teorie meccaniche sviluppate nell’ambito della fisica classica fino al 1904. La fisica classica comprende tutti i fenomeni della fisica tranne quelli descritti nella relatività generale e nella meccanica quantistica, che invece definiscono la fisica moderna.

La relatività generale è una teoria elaborata da Einstein ed è alla base dei moderni modelli della struttura e dell’evoluzione dell’Universo (si è trattato in precedenza delle onde gravitazionali qui)

La meccanica quantistica, detta anche fisica quantistica, si è sviluppata nella prima metà del XX secolo a seguito dell’impossibilità della meccanica classica di descrivere il comportamento della materia, delle radiazioni e delle loro interazioni sia come fenomeno ondulatorio sia come particella (dualismo onda-particella). Il quanto è una quantità discreta di una certa grandezza, e il termine è spesso usato come sinonimo della parola “particella”.

L’unità di misura angstrom (Å) è impiegata per indicare le dimensioni di un atomo ed è pari a 1/10 di miliardesimo di metro.

L’effetto tunnel fa in modo che una particella abbia una funzione d’onda che permetta di attraversare una barriera più alta dell’energia che possiede. Fenomeno impossibile per la fisica classica.

fisica effetto tunnel

Immagine cortesia di miglieruolo

Una spiegazione è data da questo video (in inglese):

 

Foto tratta da MEDIA INAF, crediti: ORNL/Jeff Scovil

Info Autore

Federica Frigeri

Federica Frigeri

25 anni: uno in Inghilterra, uno in biblioteca, molti a scuola. Laureata in Scienze della Comunicazione, al momento un po’ stagista e un po’ laureanda in Editoria.