Una ricetta per capire le strutture atomiche:

• Mescola del gas caricato elettricamente in un contenitore sigillato con particelle così piccole da passare attraverso un filtro per caffè.
• Esibisciti nell'ambiente senza peso della Stazione Spaziale Internazionale.
• Regola la tensione per osservare come le particelle formano strutture cristalline tridimensionali.
• Inizia a sbloccare la fisica dietro il comportamento degli atomi.

Questo fa parte della formula per Plasma Kristall, la serie di esperimenti più lunga nella storia del volo spaziale umano e i risultati dell'ultima campagna torneranno sulla Terra la prossima settimana nella navicella spaziale Soyuz con l'astronauta dell'ESA Alexander Gerst.

La ricetta nasce da una collaborazione europeo-russa che cuoce a fuoco lento dal 1998. Dopo aver corso su voli parabolici, razzi sonda e la stazione spaziale Mir, l'esperimento ha trovato una nuova casa presso la Stazione Spaziale Internazionale nel 2001.

Il nostro mondo è fatto di atomi e molecole, ma anche con il microscopio più potente non possiamo vederli muoversi nei liquidi o nei solidi. L'esecuzione di esperimenti in assenza di gravità consente ai ricercatori di acquisire nuove informazioni sull'interazione degli atomi utilizzando minuscole particelle di plastica che si comportano come atomi.

"Fare questa ricerca sulla Terra non è possibile:Plasma Kristall modella le interazioni atomiche su scala più ampia, rendendoci visibile il loro movimento, " spiega Hubertus Thomas, scienziato capo di questo esperimento presso il Centro aerospaziale tedesco, DLR.

Hubertus ha seguito la ricerca sul plasma in microgravità l'esperimento quando il primo equipaggio è arrivato alla Stazione Spaziale e l'ha accesa. Recentemente, un problema alla valvola che regola il flusso del gas ha costretto una pausa di 18 mesi. Con una valvola appena rinnovata, Plasma Kristall-4 (o PK-4) ha ripreso le operazioni il mese scorso.

Atomi proxy tornano alla scienza

Un plasma è un gas caricato elettricamente, un po' come un fulmine, che si verifica raramente sulla Terra. È considerato il quarto stato della materia, distinto dal gas, liquidi e solidi.

"Eccitiamo le particelle usando campi elettrici, un laser e variazioni di temperatura per spostarli nel plasma, "dice Hubertus.

Queste manipolazioni fanno interagire fortemente gli atomi proxy, che porta a strutture organizzate - cristalli di plasma. Le particelle in PK-4 sono fatte di plastica e si legano tra loro o si respingono a vicenda proprio come fanno gli atomi sulla Terra in un fluido.

"Regolando la tensione attraverso la camera dell'esperimento possiamo personalizzare le loro interazioni, e osservare ogni microparticella individualmente e come al rallentatore, " spiega Hubertus. 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.

L'ultima ricerca scientifica ha riguardato le transizioni di fase, moti microscopici e forze di taglio. Le forze di taglio sono un argomento molto scottante nella fisica fondamentale. Queste forze spingono una parte di un corpo in una direzione specifica, e un'altra parte nella direzione opposta, come ad esempio la pressione dell'aria lungo la parte anteriore dell'ala di un aeroplano.

Il futuro del plasma

Questa ricerca è principalmente conoscenza da manuale per futuri scienziati e ingegneri. "Se avessi chiesto a Einstein a cosa servisse la sua teoria della relatività, non avrebbe mai risposto che si trattava di costruire un sistema di navigazione per il tuo cellulare, " precisa Hubertus.

Un team di scienziati ha già utilizzato il know-how acquisito dallo sviluppo tecnologico di questo esperimento spaziale per progettare dispositivi al plasma per la disinfezione delle ferite a temperatura ambiente. Questa rivoluzione nel settore sanitario ha molte applicazioni pratiche, dall'igiene alimentare al trattamento di diversi tipi di malattie della pelle, depurazione dell'acqua e gestione degli odori.