L’incessante indagine della fisica sulle proprietà e la natura della materia ha portato alla scoperta di uno stato intermedio che sfida la classificazione tradizionale tra liquidi e solidi. Una svolta affascinante è stata raggiunta dagli scienziati dell’Università della California, Berkeley, che hanno svelato i misteri di questo stato enigmatico attraverso lo studio dei “solidi amorfi”. Questi materiali mettono alla prova la nostra comprensione convenzionale della materia: pur apparendo come solidi perfettamente ordinati a occhio nudo, la loro struttura interna richiama il caos di un liquido congelato nel tempo. Accompagnaci in questo viaggio attraverso i confini della fisica mentre esploriamo come questa nuova scoperta potrebbe ridefinire la nostra comprensione della materia.
L’enigma dei solidi amorfi
La materia, con le sue svariate forme e stati, ha da sempre affascinato l’umanità. Dall’opacità dei solidi alla fluidità dei liquidi, la diversità è stupefacente. Tuttavia, negli ultimi anni, si è scoperto che la materia è ancora più intricata di quanto si pensasse. In particolare, i solidi amorfi hanno catturato l’attenzione degli studiosi. Questi materiali, che rappresentano una singolare combinazione tra solidità ordinata e coesione debole dei liquidi, mettono in crisi le spiegazioni tradizionali.
Il gruppo di ricerca dell’Università della California ha affrontato l’indagine di questi solidi amorfi attraverso calcoli e simulazioni, gettando luce sui loro segreti. La scoperta più stimolante è stata la rivelazione di un comportamento intrigante che si manifesta nella regione di temperatura che si interpone tra liquidi e solidi a bassa temperatura. In questo stato, le particelle dei materiali, sebbene apparentemente fisse, continuano a “muoversi” nelle loro posizioni. Un tale comportamento, insolito per un solido, suggerisce l’esistenza di un tipo di riorganizzazione a quel limite di temperatura, finora non individuato.
Sfidando la classificazione convenzionale
Nella vita quotidiana, siamo abituati a riconoscere tre stati fondamentali della materia: solido, liquido e gassoso. Ognuno di questi stati è definito dalle interazioni tra le particelle costituenti e l’ambiente circostante. Tuttavia, questa distinzione è solo la punta dell’iceberg. Gli atomi, quando surriscaldati, possono trasformarsi in uno stato di plasma, dove le cariche sono separate. Allo stesso modo, alcune particelle, quando raffreddate, possono perdere la loro identità e fondersi in una singola entità quantistica. I solidi amorfi mettono in discussione questa classificazione tradizionale, poiché possiedono caratteristiche sia dei liquidi che dei solidi.
Le transizioni di stato, come il passaggio da solido a liquido o da liquido a gas, hanno da tempo affascinato i fisici. Tuttavia, la scoperta di questo stato intermedio aggiunge un livello di complessità ulteriore a questa comprensione. Prendiamo ad esempio il vetro: riscaldandolo, le sue componenti di ossigeno e silicio iniziano a scorrere, ma se raffreddato rapidamente, le particelle mantengono una disposizione disordinata. È in questo punto che diventa un solido amorfo e la temperatura in cui avviene è stata denominata “temperatura di inizio”.
Eccitazioni nel liquido sottoraffreddato
Un elemento cruciale in questa scoperta è rappresentato dal concetto di eccitazioni all’interno di un liquido sottoraffreddato. Anche se le particelle in questo stato mostrano una scarsa fluidità, continuano a mutare la loro disposizione mentre rimangono ancorate in posizione. Queste alterazioni continue generano movimenti chiamati eccitazioni, che somigliano ai difetti presenti in un solido cristallino.
Gli scienziati hanno scoperto che coppie di eccitazioni legate si separano quando viene raggiunta la temperatura di inizio, causando una perdita di rigidità del materiale e un comportamento simile a un liquido ordinario.
Il modello sviluppato da Fragedakis, Hasyim e Mandadapu non solo chiarisce il comportamento dei solidi amorfi, ma potrebbe anche aprire nuove direzioni di ricerca. Gli scienziati ritengono che questo modello possa essere esteso per comprendere le transizioni in tre dimensioni e fornire una base teorica solida per futuri esperimenti. La comprensione a livello microscopico di come un liquido sottoraffreddato si separi da un liquido ad alta temperatura rappresenta una sfida affascinante per la scienza.
