Credito:sorgente luminosa canadese
Quasi tre quarti della superficie terrestre sono coperti dall'acqua. Quasi i due terzi del corpo umano sono costituiti da esso. Lo beviamo. Lo usiamo nelle nostre case e nell'industria. Come un solido, è ghiaccio. Come un gas, è vapore.
"Nessuno capisce l'acqua, la struttura dell'acqua. L'acqua ha molte anomalie, "dice John Tse, Professore di fisica dell'Università del Saskatchewan e Canada Research Chair in Materials Science.
Tse si è impegnata per decenni a saperne di più su ciò che molti di noi danno per scontato. Nel processo, ha confutato un'ipotesi fondamentale di lunga data sull'acqua. I risultati sono stati pubblicati questo autunno in Lettere di revisione fisica .
Curioso dell'acqua e di come si comporta quando viene compressa in un solido, Tse era interessato a un esperimento condotto nel 1985 da alcuni suoi colleghi quando lavorava al Consiglio Nazionale delle Ricerche. Hanno scoperto un fenomeno insolito. Quando comprimevano il ghiaccio a basse temperature, invece di trasformarsi in una forma cristallina ad alta pressione in cui gli atomi sono organizzati in uno schema reticolare, il ghiaccio si è convertito in un solido amorfo e gli atomi sono stati disorganizzati. Hanno ipotizzato che ciò fosse dovuto allo "scioglimento" del ghiaccio ad alta pressione. Se così fosse, lo stato disordinato sarebbe simile all'acqua.
Queste conclusioni non andavano d'accordo con Tse perché la conseguenza sarebbe che l'acqua liquida è una miscela di due liquidi con densità diverse. Al tempo, però, né la tecnologia né l'esperienza erano disponibili per testare l'ipotesi.
"La domanda che nessuno si è posto è stata se l'ipotesi fosse corretta, " lui dice.
Strutture cristalline teoriche di (a) ghiaccio Ih e (b) fase cristallina intermedia. La fase cristallina intermedia è una forma di ghiaccio Ih deformata da taglio nel piano basale ab a causa dell'ammorbidimento del modulo elastico C66. L'atomo di ossigeno nella fase intermedia si è leggermente spostato dalla posizione originale del ghiaccio Ih. Così, quando si guarda in basso l'asse c, gli atomi di ossigeno non sono più allineati lungo l'asse c come nel ghiaccio Ih. Credito:sorgente luminosa canadese
Trent'anni dopo, Tse e un team di ricerca hanno utilizzato due linee di luce presso l'Advanced Photon Source, uno dei quali è gestito dalla Canadian Light Source presso l'U of S. Nel suo articolo, "Amorfizzazione in due fasi controllata cineticamente e transizione amorfo-amorfa nel ghiaccio, Tse riferisce che lo stato "simile all'acqua" era in realtà una fase cristallina intermedia e non liquida.
"Questo cambia tutto ciò che ha a che fare con l'acqua, "dice Tse.
"Abbiamo descritto come il ghiaccio può cambiare da una forma all'altra. Questo è il significato del risultato, la ragione per cui questo è così importante. Abbiamo tracciato il diagramma di fase nella fase amorfa. È una guida per dirti quali sono le proprietà della materia ad una certa condizione di pressione-temperatura."
La scienza è guidata dalla curiosità o dalla necessità o da entrambe le cose, dice Tse.
"La scienza fondamentale è un lavoro importante. Se non lavoriamo sulla scienza fondamentale, non sapremo da dove veniamo. Ci mancherà qualcosa. La curiosità guida questa ricerca. Avevamo un'ipotesi fondamentale e abbiamo fatto l'esperimento e cercato di fare chiarezza. Ora sappiamo esattamente cosa sta succedendo".
Tse continua il suo lavoro sull'acqua e su come cambia in funzione della pressione e della temperatura. L'acqua è ancora più complicata perché gli atomi si muovono. nel ghiaccio, gli atomi non si muovono ma sono disordinati. In entrambi i casi, lui dice, c'è ancora molto da imparare.
"Guardi sempre ai vecchi problemi che non sono stati risolti, ma con lo sviluppo un nuovo strumento e una nuova teoria, potresti essere in grado di risolvere il vecchio problema e poi costruirci sopra."
