Raffreddare l’acqua liquida così rapidamente da impedire alle sue molecole di organizzarsi nella struttura ordinata del ghiaccio richiede condizioni estreme, ma è proprio quello che accade quando minuscole gocce vengono spruzze in un vuoto spinto. A temperature che sfiorano i 170 gradi sotto zero, l’acqua non si cristallizza: scivola invece in uno stato amorfo, una sorta di vetro liquido che conserva la disordine molecolare del fluido originale pur comportandosi come un solido. Osservare questa transizione mentre avviene è stata a lungo una sfida per i fisici, poiché la finestra temporale in cui l’acqua passa dallo stato liquido a quello amorfizzato è questione di microsecondi. Per catturare l’istante preciso, i ricercatori hanno impiegato i raggi X a impulsi ultrabrevi del laser a elettroni liberi European XFEL di Amburgo, puntandoli su microgocce di circa dieci micrometri di diametro sparate all’interno di una camera a vuoto. L’evaporazione superficiale estremamente rapida sottrae calore alla goccia a una velocità tale da congelare la struttura molecolare prima che le fasi di nucleazione del ghiaccio possano avere luogo.
I dati raccolti mostrano come le molecole d’acqua perdano progressivamente mobilità senza mai passare attraverso la simmetria geometrica tipica dei cristalli. La diffrazione dei raggi X ha permesso di mappare le posizioni atomiche istante per istante, confermando la formazione di ghiaccio amorfo ad alta densità prima del suo definitivo assestamento in una forma a bassa densità. Questo doppio passaggio strutturale suggerisce che l’acqua liquida superraffreddata possa effettivamente coesistere in due distinte fasi liquide ad alte pressioni e basse temperature, una teoria discussa per decenni ma difficile da verificare sperimentalmente. La comprensione di questo fenomeno va oltre la fisica fondamentale dei liquidi. Il ghiaccio amorfo è la forma d’acqua più abbondante nell’universo, presente sulla superficie dei grani di polvere interstellare, sulle comete e sulle lune ghiacciate del sistema solare esterno come Europa e Encelado. Ricreare in laboratorio i meccanismi con cui questo materiale si forma e si stabilizza aiuta ad analizzare come le molecole organiche complessi possano essersi conservate e trasportate nello spazio profondo, offrendo un modello diretto per interpretare le rilevazioni delle future missioni esplorative sui corpi minori del nostro sistema planetario.
https://www.sciencealert.com/scientists-witness-water-transforming-into-a-weird-glass-instead-of-ice
Credit: (Francesco Bergamaschi/Moment/Getty Images)
