Il test della bomba atomica condotto il 16 luglio 1945 nel deserto del New Mexico non ha lasciato dietro di sé solo distruzione. A distanza di oltre 80 anni da quell’esplosione, conosciuta come test nucleare Trinity, un gruppo di ricercatori internazionali ha scoperto che durante la detonazione si è formato spontaneamente un materiale che nessuno aveva mai osservato prima. Né in natura, né in laboratorio. Un ritrovamento che racconta qualcosa di inaspettato su ciò che può accadere quando la materia viene sottoposta a condizioni davvero estreme.
A guidare la ricerca è stato Luca Bindi, geologo dell’Università di Firenze, che insieme al suo team ha identificato un inedito clatrato a base di calcio, rame e silicio. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Pnas, e il materiale in questione rappresenta qualcosa di completamente nuovo nel panorama scientifico. Ma facciamo un passo indietro, perché vale la pena capire di cosa si parla quando si usa la parola clatrato.
Cosa sono i clatrati e perché interessano così tanto
I clatrati sono materiali con una struttura particolare, definita “a gabbia”. Questa struttura è capace di intrappolare al proprio interno altri atomi e molecole, e proprio da questa caratteristica derivano proprietà uniche che li rendono oggetto di grande interesse tecnologico. Si studiano per applicazioni che spaziano dalla conversione dell’energia (parliamo di materiali termoelettrici, capaci di trasformare il calore in elettricità) allo sviluppo di nuovi semiconduttori, fino ad arrivare allo stoccaggio di gas e all’idrogeno per le tecnologie energetiche del futuro. Insomma, roba che potrebbe fare la differenza in diversi settori.
Il clatrato scoperto dal team di Bindi è di tipo I, e per trovarlo i ricercatori hanno dovuto concentrarsi sulla trinitite, un vetro silicatico che si è formato proprio durante il test della bomba atomica del 1945. La trinitite contiene al suo interno rare fasi metalliche, ed è stato grazie a tecniche come la diffrazione a raggi X che il team è riuscito a individuare il nuovo materiale, nascosto dentro una minuscola goccia metallica ricca di rame, inglobata in un campione di trinitite rossa. Il fatto che questo clatrato si sia formato spontaneamente durante un’esplosione nucleare dice molto: le condizioni estreme, con temperature e pressioni elevatissime, possono generare materiali che i metodi tradizionali di sintesi non riescono a produrre.
Esplosioni nucleari come laboratori naturali
La scoperta diventa ancora più significativa se si considera che, nello stesso identico evento di detonazione, si era formato anche un altro materiale rarissimo: un quasicristallo ricco di silicio, già documentato dallo stesso team guidato da Bindi alcuni anni fa. Un quasicristallo è qualcosa che non è propriamente un cristallo, ma gli somiglia parecchio. La sua peculiarità sta nella disposizione atomica, che non è periodica ma quasi, e da questa caratteristica derivano simmetrie incredibili con proprietà fisiche sorprendenti e difficilissime da prevedere.
Capire il legame tra queste strutture, il clatrato e il quasicristallo, aiuta gli scienziati a comprendere meglio come si organizzano gli atomi quando vengono sottoposti a condizioni estreme. Ed è qui che la faccenda si fa davvero interessante dal punto di vista pratico. Come spiegano i ricercatori, eventi come esplosioni nucleari, fulmini o impatti meteoritici funzionano come veri e propri laboratori naturali. Permettono di osservare forme di materia che non si riescono a riprodurre facilmente nelle strutture di ricerca convenzionali.