L’acqua, una sostanza onnipresente sulla Terra, presenta proprietà interessanti che la distinguono dalla maggior parte degli altri liquidi. Una di queste proprietà è la sua elevata capacità termica specifica, che gli consente di assorbire e rilasciare grandi quantità di calore senza variazioni significative di temperatura, una caratteristica essenziale per la vita sul nostro pianeta.
A temperature estremamente basse, invece, il comportamento dell’acqua diventa ancora più affascinante. Il gruppo di ricerca ha utilizzato simulazioni computerizzate avanzate per studiare la dinamica delle molecole d'acqua a temperature prossime allo zero assoluto (-273,15 gradi Celsius). Le loro simulazioni hanno rivelato che le molecole d'acqua esibivano movimenti di rotazione e traslazione più lenti, portando a un drammatico rallentamento della dinamica del liquido.
Lo studio ha scoperto che i movimenti rotazionali delle molecole d’acqua, responsabili del loro orientamento, diventavano sempre più ostacolati con la diminuzione della temperatura. Questo ostacolo è causato dalle forze attrattive più forti tra le molecole d'acqua a temperature più basse, che limitano la loro capacità di ruotare liberamente.
Allo stesso modo, anche i movimenti di traslazione delle molecole d’acqua, legati al loro movimento nello spazio, hanno rallentato in modo significativo. Questo effetto è attribuito alla formazione di legami idrogeno transitori e più forti tra le molecole d'acqua a basse temperature, che di fatto "intrappolano" le molecole sul posto, riducendone la mobilità.
Il gruppo di ricerca ha anche osservato la formazione di strutture tetraedriche transitorie, simili a quelle trovate nel ghiaccio, all’interno dell’acqua liquida a temperature estremamente basse. Queste strutture contribuirono ulteriormente al rallentamento della dinamica dell'acqua, poiché le molecole rimasero temporaneamente "ingabbiate" all'interno di queste disposizioni tetraedriche.
I risultati dello studio non solo migliorano la nostra comprensione fondamentale del comportamento dell’acqua alle basse temperature, ma hanno anche potenziali implicazioni in astrobiologia, lo studio della vita oltre la Terra. Le dinamiche dell’acqua svolgono un ruolo cruciale nell’abitabilità degli ambienti extraterrestri e le conoscenze acquisite da questa ricerca potrebbero orientare la ricerca di potenziali serbatoi di acqua liquida su corpi celesti ghiacciati come Europa, luna di Giove, o Encelado, luna di Saturno.
Inoltre, le conoscenze sul comportamento dell'acqua a temperature estremamente basse potrebbero avere applicazioni pratiche in criobiologia, lo studio degli effetti delle basse temperature sui sistemi biologici. Comprendere come le dinamiche dell’acqua sono influenzate dalle basse temperature potrebbe aiutare nello sviluppo di tecniche di crioconservazione per preservare cellule, tessuti e organi per un uso futuro.
In conclusione, questo studio fornisce preziose informazioni sul rallentamento della dinamica dell'acqua alle basse temperature, offrendo una comprensione più profonda del comportamento molecolare unico dell'acqua in condizioni estreme. La ricerca ha implicazioni per l’astrobiologia, la criobiologia e la nostra comprensione generale delle proprietà fondamentali dell’acqua.
