- È possibile creare ghiaccio senza freddo?
- Cosa hanno scoperto i ricercatori europei?
- Come può cambiare lo studio dell’acqua nel futuro?
Scienziati creano ghiaccio senza freddo: Una scoperta rivoluzionaria nei laboratori del European XFEL
A prima vista, il ghiaccio sembra un fenomeno semplice: acqua congelata e nulla di più. Tuttavia, nei laboratori ad alta pressione del European XFEL in Germania, un team internazionale di ricercatori è riuscito a ottenere qualcosa di straordinario: creare ghiaccio a temperatura ambiente, senza bisogno di raffreddamento, semplicemente comprimendo l’acqua tra due diamanti.
Il risultato è il ghiaccio XXI, la ventunesima forma conosciuta di questo materiale tanto comune quanto complesso.
Il ruolo della pressione estrema
Secondo quanto pubblicato sulla rivista Nature Materials, la chiave della scoperta non è stata la temperatura, ma la pressione estrema, che ha raggiunto circa due gigapascal — equivalenti a 20.000 volte la pressione atmosferica. Questo approccio amplia la comprensione scientifica su come può formarsi il ghiaccio in condizioni insolite.
Come si crea il ghiaccio XXI
Per generare questa nuova fase, gli scienziati hanno utilizzato una cella a incudine di diamante, uno strumento che funziona come una microscopica pressa capace di riprodurre le pressioni esistenti nelle profondità di pianeti e lune.
L’acqua è stata inserita tra due diamanti che, grazie alla loro estrema durezza, hanno potuto comprimere il liquido fino a livelli eccezionali. Il processo prevedeva impulsi di pressione di pochi millisecondi, alternati a brevi intervalli di rilascio di circa un secondo, ripetuti migliaia di volte per osservare la risposta dell’acqua.
Sorprendentemente, anche a temperatura ambiente, le molecole d’acqua si sono organizzate temporaneamente in una struttura cristallina inedita e più compatta rispetto al ghiaccio tradizionale.
Il laser a raggi X più potente del mondo
Per catturare questi cambiamenti istantanei, il team ha utilizzato European XFEL, il laser a raggi X più grande e potente del mondo. Questo strumento funziona come una fotocamera ad altissima velocità, capace di scattare immagini ogni microsecondo.
Grazie a impulsi ultrarapidi di raggi X, gli scienziati hanno potuto osservare in tempo reale la formazione della nuova struttura cristallina.
“La compressione rapida dell’acqua le consente di rimanere liquida fino a pressioni molto più elevate, dove normalmente si trasformerebbe in ghiaccio VI”, ha spiegato Geun Woo Lee, ricercatore del Korean Research Institute of Standards and Science (KRISS) e coordinatore dello studio.
Un “percorso nascosto” verso il ghiaccio VI
Il ghiaccio VI è una delle forme più rare di ghiaccio, che si ritiene esista all’interno di lune ghiacciate come Titano e Ganimede. Il ghiaccio XXI sembra rappresentare una fase intermedia in questo percorso, un “cammino nascosto”, come lo descrive Lee.
Questa fase meta-stabile dura solo poche decine di microsecondi prima di trasformarsi in ghiaccio VI. Esperimenti successivi presso la fonte di fotoni PETRA III hanno confermato che il ghiaccio XXI possiede una struttura cristallina tetragonale composta da 152 molecole d’acqua, una configurazione mai osservata prima.
Implicazioni per lo studio delle lune ghiacciate
Sebbene il ghiaccio XXI esista solo per un istante nel laboratorio, la scoperta potrebbe avere importanti implicazioni per la comprensione dei processi geofisici nei mondi ghiacciati del Sistema Solare.
In ambienti dove pressioni e temperature variano in modo estremo, queste fasi effimere del ghiaccio potrebbero spiegare la dinamica interna delle lune, dal movimento degli oceani sotterranei alla distribuzione delle tensioni nelle croste.
“I nostri risultati suggeriscono che potrebbero esistere numerose fasi di ghiaccio meta-stabili ad alta temperatura, con percorsi di transizione ancora sconosciuti”, ha dichiarato Rachel Husband, fisica del team DESY HIBEF.
Un nuovo sguardo sul comportamento dell’acqua
Il risultato apre nuove prospettive sullo studio delle transizioni di fase dell’acqua, una sostanza apparentemente semplice ma dal comportamento straordinariamente complesso.
“Ci sono ancora molte domande su come un materiale così elementare possa generare tante forme cristalline differenti”, ha concluso Lee. “Il nostro obiettivo è comprendere nel dettaglio i processi di cristallizzazione dell’acqua e le sue fasi meno conosciute.”