Si pensava che il modo in cui gli atomi si organizzassero su scala più piccola seguisse una regola della "pelle di tamburo", ma i matematici hanno ora trovato una soluzione più semplice.

Le disposizioni atomiche in diversi materiali possono fornire molte informazioni sulle proprietà dei materiali, e qual è il potenziale per alterare ciò per cui possono essere utilizzati.

Però, dove due materiali si toccano - alla loro interfaccia - sorgono interazioni complesse che rendono difficile prevedere la disposizione degli atomi.

Ora, in un articolo pubblicato oggi in Fisica della natura , i ricercatori dell'Imperial College di Londra e dell'Universidad Carlos III de Madrid hanno escogitato un nuovo modello che prevede meglio come gli atomi sono disposti in relazione l'uno con l'altro.

Il co-autore Professor Andrew Parry, dal Dipartimento di Matematica dell'Imperial, ha dichiarato:"È un modo completamente nuovo di vedere l'interfaccia liquido-gas. Può essere applicato anche ad altri tipi di interfacce:ogni volta che due materiali diversi si incontrano e vogliamo sapere come gli atomi si relazionano tra loro, queste idee possono essere utilizzate."

Dove gas e liquidi si incontrano:una situazione complessa

Quando i materiali sono allo stato solido, i loro atomi sono disposti secondo schemi molto uniformi, come griglie, fogli e reticoli. Ciò significa che conoscere la posizione di un atomo può rivelare le posizioni di tutti i suoi atomi vicini.

Però, nei liquidi e nei gas, le disposizioni degli atomi possono essere molto diverse attraverso il volume del materiale. Gli atomi possono essere 'localmente' impacchettati più vicini tra loro, portando ad aree più dense, e può cambiare rapidamente.

Una delle più complesse di queste situazioni è quando liquidi e gas si incontrano. Il professor Parry ha detto:"Se immagini un bicchiere d'acqua, lo strato superficiale superiore d'acqua a contatto con l'aria agisce in modo diverso dall'acqua sottostante; ha tensione superficiale. Quando disturbi la superficie, ad esempio picchiettando sul vetro, le increspature cambiano i modelli degli atomi d'acqua in superficie."

Attraverso un bicchiere d'acqua, si pensa che la disposizione degli atomi creata dalle increspature derivi da un comportamento simile alla "pelle di tamburo":la tensione superficiale significa che l'acqua viene tirata tesa come un tamburo e agisce di conseguenza quando viene disturbata.

Perforare l'analogia della pelle del tamburo

In precedenza si credeva che questo tipo di comportamento funzionasse anche su scala atomica:che a livello dei singoli atomi, si stava verificando lo stesso tipo di comportamento della pelle di tamburo, ordinare gli atomi in un certo modo.

Però, grandi simulazioni e calcoli di come si comportano gli atomi in questa situazione non mostrano una versione ridotta del comportamento della pelle del tamburo, come ci si aspetterebbe.

Ora, Il professor Parry e il dottor Carlos Rascón dell'Universidad Carlos III de Madrid hanno trovato una serie di nuove soluzioni a questo problema che non si basano sull'analogia della pelle del tamburo.

Combinando le informazioni sulle increspature create quando la superficie è disturbata e su come gli atomi si raggruppano localmente, il duo è stato in grado di scoprire come gli atomi si dispongono in relazione l'uno con l'altro.

Arrivare alla semplicità di fondo del sistema

Il professor Parry ha dichiarato:"Ogni volta che vediamo fenomeni su scala più ampia, come la temperatura, pressione e tensione superficiale:di solito derivano da concetti che osserviamo nel mondo microscopico. Quindi, in questo caso il comportamento tamburo-pelle deriva da qualcosa di completamente diverso a livello microscopico.

"Ora possiamo arrivare alla semplicità di fondo del sistema senza dover esagerare con l'analogia della pelle del tamburo".

La nuova teoria e la serie di soluzioni hanno abbinato i risultati della più grande simulazione del comportamento dell'interfaccia liquido-gas mai condotta molto meglio del modello tamburo-pelle.

"The Goldstone Mode and Resonances in the Fluid Interfaceal Region" di A.O. Parry e C. Rascón è pubblicato in Fisica della natura .