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Un vetro spesso solo due atomi

18 Set

Come sappiamo bene, la storia della ricerca e della scienza in generale e’ piena di scoperte avvenute in modo del tutto casuale. Spesso, queste scoperte si rivelano di fondamentale imporanza per l’uomo e quello che contribuisce ancora di piu’ alla notorieta’ della scoperta e’ la non intenzione di base di arrivare a questi risultati.

Perche’ avviene questo?

Non potendo dare una risposta provata, mi limitero’ ad esporre un mio personale pensiero. In questo caso, a mio avviso, quello che rende cosi’ affascinanti queste scoperte per i non addetti ai lavori e’ proprio la casualita’ della scoperta. Questi meccanismi rendono la ricerca scientifica piu’ umana e vicina alle persone comuni. Pensare ad uno sbadato scienziato che lascia i suoi campioni fuori posto o senza pulirli e poi, tornando il giorno dopo, trova la scoperta che lo rendera’ famoso, e’ qualcosa che avvicina molto i ricercatori alle persone comuni, tutte con le loro distrazioni, pensieri e cose piu’ “terrene” da fare.

Se ci pensiamo, la stessa cosa e’ avvenuta per Flemming con la scoperta della penicillina. Come sicuramente sapete, anche in questo caso, la scoperta fu del tutto fortuita. Lo scienziato lascio’ alcuni batteri su cui stava lavorando in una capsula di cultura e parti’ per una vacanza. Al suo ritorno si accorse che all’interno della capsula vi era una zona in cui i batteri non erano cresciuti ed in cui era presente una muffa. Proprio da questa muffa si arrivo’ poi, anche se in diversi passi nel corso del tempo e perfezionando i metodi di produzione, alla penicillina, quell’importante salvavita che tutti conosciamo. Se vogliamo, la bravura del ricercatore e’ nell’interpretare e nell’accorgersi di avere tra le mani qualcosa di importante e non un risultato sbagliato o della sporcizia lasciata per caso.

Perche’ ho fatto questo cappello introduttivo?

Come potete immaginare, vi voglio parlare di una scoperta fortuita, forse meno “vitale” della penicillina, ma sicuramente molto affascinante e con importanti risvolti per il futuro. Si tratta, come forse avrete letto su molti giornali, della produzione del vetro piu’ sottile al mondo, appena due atomi.

Andiamo con ordine, parlando proprio di come ‘e stata fatta questa scoperta.

Un team di scienziati stava lavorando alla produzione di fogli di grafene, una struttura atomica composta di carbonio, spessa appena un atomo, ma con importanti prorieta’ sia chimiche che meccaniche. La produzione di questo grafene era fatta utilizzando ovviamente atomi di carbonio ma anche fogli di quarzo utilizzati per la deposizione.

Osservazione al microscopio della zona impura del grafene

Osservazione al microscopio della zona impura del grafene

Osservando al microscopio uno di questi fogli, gli scienziati si sono accorti che in una piccola parte era presente una regione di colorazione diversa rispetto al resto. Proprio mediante l’osservazione al microscopio e’ stato possibile determinare che si trattava di una struttura diversa da quella del grafene e composta di Silicio e Ossigeno. Questa non era una struttura casuale, ma gli atomi erano disposti in modo ordinato e formavano un foglio spesso appena due atomi.

Caratterizzando la struttura del foglio, gli scienziati si sono accorti che quello che stavano osservando era un vetro. non un vetro qualsiasi, ma il piu’ sottile vetro mai realizzato.

Dov’e’ la casualita’ della scoperta?

Ovviamente, nel laboratorio si stava producendo grafene che, come detto, e’ composto da atomi di carbonio. Da dove sono usciti Silicio e Ossigeno per il vetro? La risposta e’ quantomai banale ma affascinante. Secondo i ricercatori, una fuga d’aria all’interno della camera di produzione ha causato l’ingresso dell’ossigino e la conseguente reazione con il rame e con il quarzo contenuto all’interno per la produzione di grafene. Risultato, in una piccola zona del grafene si e’ formato un sottilissimo strato di vetro comune.

Come anticipato, parliamo di una scoperta affascinante ma che sicuramente non puo’ combattere con quella della penicillina. Perche’ pero’ e’ importante dal punto di vista scientifico?

Per prima cosa, il fatto che si tratti del piu’ sottile vetro mai realizzato e’ stato certificato inserendo questa scoperta nel libro dei Guiness dei Primati.

Oltre a questo, tornando invece a parlare di scienza, la struttura del vetro non e’ molto facile da capire. Come sapete, questo puo’ allo stesso tempo essere considerato sia un liquido che un solido. Detto questo, se si osserva un vetro al microscopio, non si riesce a distinguere bene la sua struttura atomica. Nella struttura amorfa della sostanza, si evidenziano sottoinsiemi disordinati di atomi, senza poter descrivere in dettaglio il posizionamento ed i legami che intercorrono tra di essi.

Nel caso dl vetro di cui stiamo parlando invece, proprio lo spessore cosi’ ridotto consente di poter distinguere chiaramente la posizione dei diversi atomi e quindi di avere una mappa delle posizioni di Ossigeno e Silicio. Come potete immaginare, dal punto di vista scientifico questa evidenza e’ di fondamentale importanza per poter classificare e comprendere a fondo i materiali amorfi a cui anche il vetro appartiene.

Oltre a questo, sempre gli scienziati coinvolti nella ricerca si sono accorti che la struttura ottenuta era molto simile a quella ipotizzata ben 80 anni prima, nel 1932, dal fisico norvegese Zachariasen. Costui dedico’ gran parte della sua carriera allo studio dei vetri e proprio nel 1932 pubblico’ l’articolo “The atomic Arrangement in Glass”. In questo articolo Zachariasen inseri’ alcuni suoi schemi relativi al posizionamento degli atomi all’interno del vetro. Come potete immaginre, si trattava di disegni ottenuti da considerazioni scientifiche personali. Bene, a distanza di oltre 80 anni, e’ stato possibile osservare direttamente la struttura del vetro e confermare le supposizoni fatte da Zachariasen.

Se vogliamo, fino a questo punto abbiamo mostrato il fascino della scoperta. La prossima domanda che potrebbe invece venire in mente e’: cosa ci facciamo con questo vetro?

Dal punto di vista applicativo, questa scoperta potrebbe avere negli anni a venire importanti ripercussioni su diversi campi. Per prima cosa, un vetro cosi’ sottile e’ praticamente privo di impurezze. Questo lo rende particolarmente appetibile per applicazioni di precisione su scala micrometrica, dove una minima variazione della struttura potrebbe comportare errori sistematici non prevedibili.

Inoltre, strutture come questa ottenuta, sono importantissime per la realizzazione di sistemi elettronici miniaturizzati. Anche qui, la purezza e’ uno dei requisiti fondamentali richiesti. Oltre a questa, un vetro cosi’ sottile puo’ essere pensato per applicazioni di microtrasmissione dei segnali, fondamentali, ad esempio, nei transistor.

Grazie a questa scoperta, possiamo dunque pensare di avere un metodo di produzione per spessori infinitesimali. I risultati di questa produzione potrebbero essere utilizzati per aprire la strada ad una miniaturtizzazione ancora piu’ spinta dei dispositivi elettroni che trovano largo uso in tantissimi “gadget” tecnologici che ci portiamo dietro.

Concludendo, la scoperta del vetro piu’ sottile al mondo e’ avvenuta quasi per caso. Dico “quasi” perche’ ovviamente stiamo parlando di scienziati seri e che erano impegnati su lavori molto importanti e di chiara importanza. Durante questi studi, si e’ evideniata la formazione fortuita di una zona vetrosa composta da ossigeno e silicio. Come visto nell’articolo, questa scoperta potrebbe avere importanti ripercussioni su tantissimi settori diversi che vanno dalla microelettronica, alla tramissione dei segnali, fino anche, perche’ no, ad applicazioni di fisica delle alte energie per lo studio e la realizzazione di rivelatori sempre piu’ innovativi.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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Crop Circle? No, Sand Circle!

3 Ott

In questo blog, ci siamo piu’ volte occupati di cerchi nel grano:

21 Dicembre 2012: cerchi nel grano

Ancora sui cerchi nel grano

Nuovo cerchio, nuova data

4 Agosto: una nuova conferma

In particolare, abbiamo piu’ volte provato ad interpretare i messaggi celati in questi disegni interessandoci principalmente alle connessioni con il 2012.

Come visto in questo post:

Come si realizza un cerchio nel grano

la realizzazione di questi cerchi puo’ essere ricondotta, in alcuni casi molto facilmente, all’opera di un gruppetto di “persone” anche in condizioni di buio.

Questa volta pero’, sempre rimanendo in tema cerchi, vogliamo occuparci di alcune opere che hanno suscitato molto scalpore negli ultimi giorni. Si tratta non di “cerchi nel grano”, ma “cerchi nella sabbia”.

Fin qui non ci sarebbe niente di misterioso da discutere, se non fosse che questi sand circle sono stati trovati ad una profondita’ di circa 25 metri al largo delle coste di Anami Oshima, un’isoletta semi tropicale dell’arcipelago Giapponese di Ryukyu.

Ecco una foto dei cerchi:

Una foto dei sand circle rinvenuti in Giappone

Si tratta di disegni geometrici composti da cerchi di diametro 60-70 cm, decorati in modo molto preciso. In alcuni sono anche state trovate conchiglie spezzate al centro.

Come potete facilmente immaginare, sono scattate subito le interpretazioni piu’ varie di questi disegni. Ovviamente, in questo caso la realizzazione umana risulta abbastanza difficile da accettare lasciando spazio all’origine extraterrestre di queste opere.

Chi ha realizzato questi cerchi? Perche’? Cosa voleva dirci?

Al solito, non dobbiamo lasciarci trasportare dall’emozione, ma ragionare sui fatti e vedere se esiste una spiegazione logica.

Come osservato direttamente da alcuni sub, l’autore di queste opere altro non e’ che una specie di pesce palla.

Utilizzando una pinna come timone e l’altra come rastrello, il pesce riesce a realizzare questi disegni spostando la sabbia in modo molto ordinato seguendo dei precisi schemi:

Pesce palla durante la realizzazione di un cerchio

Il motivo che spinge questo pesce a realizzare questi cerchi, come spesso avviene in natura, fa parte del rituale di accoppiamento. Da quanto osservato sul campo, la femmina sarebbe attrattata da queste opere andando poi a depositare le uova esattamente nel centro del cerchio.

In realta’, la complessita’ dei disegni ha anche una duplice funzione. Le increspature create nella sabbia, riescono a mitigare localmente le correnti, rendendo il centro del cerchio meno esposto e dunque molto adatto per depositare le uova.

Come detto in precedenza, sono stati ritrovati anche frammenti di conchiglie nella parte centrale di alcuni cerchi. Anche in questo caso, esiste una spiegazione logica al ritrovamento. Oltre alla funzione estetica, le conchiglie rappresentano il primo nutrimento per i nascituri contribuendo a creare un ambiente adatto.

Nulla dunque e’ lasciato al caso!

Riassumendo, le ipotesi fantasiose che vedrebbero un’origine extraterrestre per questi cerchi possono essere smentite osservando direttamente la Natura. Al contrario di quanto affermato da alcune fonti, non c’e’ nessun messaggio nascosto sul 21 Dicembre o sulla fine del mondo.

A volte, lasciandoci trasportare dalle nostre sensazioni, rischiamo di credere ad ipotesi fantasiose non supportate da dati. Osservare la Natura e cercare di comprendere i suoi meccanismi, ragionando in maniera obiettiva, ci consente di smascherare molte profezie che ogni giorno ci vengono proposte. Per conoscere il punto di vista della scienza sulle tematiche del 2012, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.