Istantanea di un collasso

Un’immagine della materia sottoposta a pressioni diecimila volte superiori a quelle atmosferiche, quali si possono immaginare all’interno della Terra: l’hanno ottenuta i fisici del Dipartimento di Energia del National Laboratory di Argonne (Francia), combinando due avanzate tecniche d’indagine per sottoporre campioni di materiale vetroso a pressioni mai raggiunte prima. Risultato: un’immagine della struttura atomica con un grado di risoluzione senza precedenti.

Chris Benmore e Qiang Mei, in collaborazione con l’Università dell’Arizona, hanno utilizzato due  “esclusive” celle a incudine di diamante (diamond anvil cell, Dac) micro-perforate con laser per portare l’ossido di arsenico a una pressione di oltre 32 Gigapascal (la pressione ambientale è di circa cento mila Pascal), circa un decimo di quella che si trova al centro della Terra. I fisici hanno poi osservato il cambiamento di configurazione atomica attraverso le figure di diffrazione ottenute grazie a raggi x microfocalizzati ad alta energia, una tecnica disponibile presso l’Advanced Photon Source (Aps) di Argonne. I due ricercatori hanno così notato che l’ossido di arsenico, alla pressione di 20 Gigapascal, subisce un’inaspettata trasformazione che ne provoca anche il cambiamento del colore da trasparente a rosso.

Alle pressioni ambientali, l’ossido esiste come  molecola isolata in cui i quattro atomi di arsenico sono circondati da tre di ossigeno (la formula chimica è As4O6, ciascuno dei sei atomi di ossigeno è quindi legato a due atomi di arsenico). Grazie alla combinazione delle due tecniche, i ricercatori hanno potuto osservare che, quando la pressione sfiora i 20 Gigapascal, questa struttura collassa e al suo posto se ne crea un nuova (isomero) in cui ogni atomo di arsenico è circondato da sei atomi di ossigeno. Sarebbe stato impossibile ottenere una simile risoluzione con le classiche celle a incudine di diamante perforate meccanicamente, riportano gli autori, perché la minore precisione della perforazione maschera l’immagine di diffrazione della struttura atomica e non permette di superare i 15 Gigapascal. Questo esperimento si serve delle prime celle a incudine di diamante perforate con il laser, che hanno la capacità di generare alte pressioni senza produrre rumore di fondo nell’immagine di diffrazione. “Lo studio della materia ad alte pressioni contribuisce alla comprensione della formazione della Terra e della Luna e del complesso comportamento del magma del mantello terrestre” conclude Chris Benmore. (t.m.)