Un matematico di Leicester ha sviluppato una teoria per spiegare il "riscaldamento per raffreddamento", dove la temperatura di un gas granulare aumenta mentre l'energia totale diminuisce, un fenomeno peculiare che può essere osservato sia sulla Terra che nello spazio.

I gas granulari sono uno dei pochi esempi in cui è possibile osservare questo mistero scientifico. Questi sistemi sono ampiamente diffusi in natura sotto forma di aerosol e fumo sulla Terra, o sotto forma di polvere interstellare, anelli planetari e dischi proto-planetari nello spazio.

Lo straordinario effetto "riscaldamento per raffreddamento" corrisponde, in termini fisici, ad una capacità termica negativa. L'aggregazione dei gas granulari è il secondo oggetto al mondo, dopo i sistemi gravitanti, che manifesta questa sorprendente proprietà.

"Dalla scuola secondaria ci viene insegnato che la temperatura significa energia:più alta è la temperatura, maggiore è l'energia. Se un sistema perde energia, la sua temperatura si abbassa, " afferma il professor Nikolai Brilliantov del Dipartimento di Matematica dell'Università di Leicester, che ha condotto la ricerca. "Sorprendentemente, questo non è sempre vero per i gas granulari."

Il gruppo internazionale di scienziati ha fornito un indizio vitale su come funzionano i gas granulari e ha dimostrato questa misteriosa qualità in un articolo pubblicato sulla rivista, Comunicazioni sulla natura , dove hanno costruito una solida base matematica del fenomeno.

Hanno elaborato un nuovo strumento matematico:le equazioni di Smoluchowski generalizzate. Mentre le classiche equazioni di Smoluchowski, che sono noti da più di un secolo, trattare solo con l'evoluzione della concentrazione di agglomerati, le nuove equazioni descrivono anche l'evoluzione della temperatura degli agglomerati.

La modellazione microscopica diretta del sistema, da ampie simulazioni al computer, ha confermato l'esistenza di questo regime sorprendente e altre previsioni della teoria.

È stato inoltre dimostrato che, nonostante la sua particolarità, 'riscaldamento per raffreddamento' può essere osservato per molti sistemi in condizioni naturali. Però, le forze tra le particelle devono soddisfare un importante prerequisito:la forza di attrazione dovrebbe aumentare con la dimensione degli agglomerati.

"Comprendere i diversi regimi dell'evoluzione dei gas granulari aggreganti è importante per comprendere numerosi fenomeni naturali in cui sono coinvolti questi sistemi, " aggiunge il professor Brilliantov.