Mentre l'Europa celebra i 20 anni di astronauti dell'ESA sulla Stazione Spaziale Internazionale, un esperimento russo-europeo è stato eseguito tranquillamente nel centro di ricerca senza peso per altrettanto tempo:la suite di indagini Plasma Kristall (PK) sulla scienza fondamentale.

Plasma Kristall prende un plasma e inietta particelle di polvere fine in assenza di gravità, trasformando la polvere in particelle altamente cariche che interagiscono tra loro, rimbalzando l'uno sull'altro mentre la loro carica fa sì che le particelle si attraggano o si respingano. Nelle giuste condizioni, le particelle di polvere possono organizzarsi nel tempo per formare strutture organizzate, o cristalli di plasma.

Queste interazioni e la formazione di strutture tridimensionali assomigliano al funzionamento del nostro mondo su scala atomica, un mondo così piccolo che non possiamo vedere muoversi nemmeno con un microscopio elettronico. Aggiungi un laser al mix e le particelle di polvere possono essere viste e registrate per l'osservazione da parte degli scienziati sulla Terra per un'anteprima del mondo oltre i nostri occhi.

Questi atomi surrogati sono un modo per i ricercatori di simulare come si formano i materiali su scala atomica, e per testare e visualizzare le teorie. L'esperimento non può essere eseguito sulla Terra perché la gravità fa solo cedimenti, possibili ricreazioni appiattite; se vuoi vedere come è costituito un cristallo devi rimuovere la forza che tira verso il basso, la gravità.

Il 3 marzo 2001, "PK-3 Plus" è stato attivato nel modulo Zvezda, il primo esperimento fisico da eseguire sulla Stazione Spaziale. Guidato dal centro aerospaziale tedesco DLR e dall'agenzia spaziale russa Roscosmos, l'esperimento è stato un successo e successivamente è stato seguito da una quarta versione, installato nel 2014 nel laboratorio Columbus dell'ESA, questa volta come collaborazione ESA-Roscosmos.

Concezioni del pianeta

Modificando i parametri in PK-4, come la regolazione della tensione o l'uso di particelle di polvere più grandi, i doppelganger atomici possono simulare diverse interazioni. Fenomeni complessi come transizioni di fase, ad esempio da gas a liquido, movimenti microscopici, l'inizio della turbolenza e delle forze di taglio sono ben noti in fisica, ma non completamente compreso a livello atomico.

Usando PK-4, i ricercatori di tutto il mondo possono seguire come si scioglie un oggetto, come le onde si diffondono nei fluidi e come cambiano le correnti a livello atomico.

Sono stati pubblicati circa 100 articoli basati sugli esperimenti di Plasma Kristall e le conoscenze acquisite stanno aiutando a capire anche come si formano i pianeti. All'origine il nostro pianeta Terra era probabilmente due particelle di polvere che si sono incontrate nello spazio e sono cresciute e sono cresciute nel nostro mondo. PK-4 può modellare questi momenti di origine così come sono durante il concepimento dei pianeti.

L'enorme quantità di dati che PK-4 crea è così vasta che non può essere scaricata attraverso la rete di comunicazione della Stazione Spaziale, quindi i dischi rigidi vengono fisicamente spediti nello spazio e viceversa con terabyte di informazioni. L'esperimento è condotto da Tolosa, Francia, presso il centro operativo dell'agenzia spaziale CNES Cadmos.

Astrid Or, Il coordinatore delle scienze fisiche dell'ESA osserva:"PK-4 è un ottimo esempio di scienza fondamentale fatta sulla Stazione Spaziale; attraverso la collaborazione internazionale e gli investimenti a lungo termine stiamo imparando di più sul mondo che ci circonda, sulla scala dei minuti così come sulla scala cosmica.

"La conoscenza degli esperimenti PK può essere applicata direttamente alla ricerca sulla fisica della fusione, dove è necessario rimuovere la polvere, e all'elaborazione di chip elettronici, ad esempio nei processi al plasma nell'industria dei semiconduttori e delle celle solari. Inoltre, la miniaturizzazione della tecnologia necessaria per lo sviluppo di Plasma Kristal è già applicata nelle apparecchiature mediche a base di plasma per gli ospedali.

"Gli esperimenti PK affrontano una vasta gamma di fenomeni fisici, così scoperte rivoluzionarie possono avvenire in qualsiasi momento".