Fisica, scoperto un stato quantistico dell'acqua

Osservato dagli scienziati americani - riferisce Media Inaf, dell'Istituto nazionale di astrofisica - un fenomeno di tunneling senza precedenti. "È uno di quei fenomeni che si verificano solo nella meccanica quantistica e non ha paragoni nella nostra esperienza quotidiana"

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L'ACQUA quantistica è stata scoperta da un gruppo di ricercatori dello Oak Ridge National Laboratory (Orln), uno dei grandi laboratori facenti capo al Dipartimento dell'energia statunitense, sorto nel luogo dove venne sviluppato il progetto Manhattan. Lo evidenzia Media inaf, il notiziario online dell'Istituto nazionale di astrofisica. I ricercatori, in un articolo pubblicato sulla rivista Physical review letters, descrivono un nuovo stato a effetto tunnel delle molecole di acqua confinate all'interno di canali esagonali del minerale berillio, canali dalle dimensioni ultra piccole: 5 angstrom appena. L'unità di misura angstrom  è pari a 1/10 di miliardesimo di metro, il che equivale pressappoco alle dimensioni di un atomo.

"A basse temperature, questa acqua canalizzata mostra moto quantistico attraverso barriere di potenziale, fatto proibito nel mondo della fisica classica - spiega Alexander Kolesnikov del Ornl, primo autore del  nuovo studio -. Ciò significa che gli atomi di ossigeno e idrogeno della molecola d'acqua sono delocalizzati e, pertanto, contemporaneamente presenti nel canale in tutte le sei posizioni simmetricamente equivalenti allo stesso tempo. È uno di quei fenomeni che si verificano solo nella meccanica quantistica e non ha paragoni nella nostra esperienza quotidiana".

L'esistenza di questo nuovo stato a effetto tunnel dell'acqua - mai riscontrato nei canonici stati gassoso, liquido e solido - dovrebbe aiutare scienziati di diverse discipline a descrivere meglio le proprietà termodinamiche e il comportamento dell'acqua in ambienti altamente "confinati".  Esempi possono essere la diffusione e il trasporto dell'acqua nei canali delle membrane cellulari, nei nanotubi di carbonio, lungo i bordi dei grani e sulle interfacce dei minerali in una miriade di ambienti geologici.

"Questa scoperta rappresenta una nuova comprensione fondamentale del comportamento dell'acqua e di come l'acqua utilizzi l'energia - aggiunge Lawrence Anovitz, sempre dello Ornl -. È anche interessante pensare che le molecole d'acqua presenti nel vostro anello d'acquamarina o di smeraldo - varietà di berillio cristallino rispettivamente verde e blu - stanno subendo la stesso effetto di tunneling quantistico che abbiamo riscontrato nei nostri esperimenti".

Mentre studi precedenti avevano osservato tunneling di idrogeno atomico in altri sistemi, la scoperta che l'acqua esibisce tale comportamento quantistico è senza precedenti. Il risultato, prosegue Media Inaf, è stato ottenuto grazie a tecniche di diffrazione di neutroni nell'acceleratore di particelle e a esperimenti di chimica computazionale, con le quali si è appunto dimostrato che, nello stato "canalizzato", le molecole d'acqua sono delocalizzate attorno a un anello.
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