Guardare attraverso le vetrate dell'Abbazia di Westminster a Londra può evocare ricordi diversi e vividi come le finestre stesse, ma a Giovanni Mauro, Penn State ricercatore di vetro, le finestre hanno dato il via a una ricerca per comprendere meglio la scienza dietro gli iconici portali della storia.

Nel numero di gennaio 2018 del Journal of American Ceramic Society , Mauro riporta l'indagine sul vetro del XIII secolo e sfatato il mito che il vetro della cattedrale è più spesso nella parte inferiore a causa della viscosità del vetro, o la sua lenta transizione a un liquido. Mentre ciò è stato stabilito in precedenza, ma Mauro, insieme ad altri tre ricercatori, determinò che la scienza era sbagliata di 16 ordini di grandezza.

Che cosa significa? Significa che quelle finestre stanno passando a un liquido molto più velocemente di quanto si pensasse in precedenza. Però, la transizione è ancora troppo lenta per una notevole differenza. Per esempio, ci vorrebbero ancora miliardi di anni per causare alterazioni di dimensioni nanometriche alla forma del vetro.

"È stato molto divertente affrontare direttamente una leggenda metropolitana che ha catturato l'immaginazione del grande pubblico per così tanti decenni, "disse Mauro, professore di scienze e ingegneria dei materiali. "I materiali vetrosi hanno catturato l'attenzione dell'umanità per millenni, e spero che questo lavoro aiuterà ad attirare più attenzione sulla fisica e sulla chimica all'avanguardia che si nascondono ancora in questi materiali antichi e belli".

Il team di Mauro ha trovato diverse opportunità di miglioramento nella scienza del flusso del vetro della cattedrale.

Primo, pubblicazioni precedenti consideravano moderne composizioni di silicato sodico calcico e vetro di germania piuttosto che considerare direttamente una vera composizione di vetro cattedrale medievale. Anche il lavoro precedente non includeva calcoli espliciti del flusso del fluido e si basava su misurazioni condotte decenni fa nell'ex Unione Sovietica.

Questo lavoro ha portato a una nuova teoria, l'equazione di Mauro-Allan-Potuzak (MAP), che secondo i ricercatori cattura in modo più accurato il flusso viscoso dettagliato del vetro, compresa la dipendenza dalla composizione della viscosità del vetro.

Mauro, che ha sostenuto di cambiare la definizione di vetro, ha detto che questa ricerca lo ha aiutato a giungere a quella conclusione. A causa delle sue proprietà di transizione uniche, il vetro è sfuggito alla definizione, anche tra esperti.

"Questa ricerca enfatizza la natura ibrida liquido-solido del vetro, " Mauro ha detto. "Il vetro ha una struttura atomica simile a un liquido e mostra anche un flusso viscoso come un liquido. Ma meccanicamente risponde come un materiale solido, poiché i gradi di libertà configurazionali sono in gran parte congelati nelle tipiche scale temporali sperimentali".

Mauro ha messo in dubbio per la prima volta la scienza dietro il vetro medievale mentre studiava Gorilla Glass a Corning, dove ha lavorato per 18 anni perfezionando il prodotto presente in miliardi di dispositivi elettronici. Nella prima iterazione di Gorilla Glass, i ricercatori hanno scoperto che si è ridotto in modo misurabile quando è ben al di sotto della sua temperatura di transizione.

"Questo ci ha portato a misurare la viscosità a bassa temperatura di Gorilla Glass, Mauro ha detto. "Abbiamo scoperto che la viscosità a temperatura ambiente del Gorilla Glass è di molti ordini di grandezza inferiore a quella che era stata precedentemente riportata per il vetro della cattedrale medievale. Ciò mi ha portato a chiedermi se le stime precedenti per la viscosità a temperatura ambiente del vetro della cattedrale fossero artificialmente alte".

Quella domanda ha portato Mauro a questo lavoro che alla fine ha portato il passato a dare forma al futuro della ricerca sul vetro.