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NOBEL 2011/ Chimica: (quasi)cristalli, pavimenti e… padre Brown

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Il Premio Nobel per la Chimica 2011 è stato attribuito a Dan Shechtman, ricercatore del dipartimento di Ingegneria dei Materiali del Technion (Istituto Israeliano di Tecnologia) di Haifa. La motivazione è: per la scoperta dei quasicristalli. La parola è sorprendente! Quasicristalli è un’apparente contraddizione: una sostanza o è cristallina, o non lo è. Cristalli sono il cloruro di sodio, ovvero il sale da cucina, i minerali, che fanno bella mostra nei negozi specializzati e nei musei di storia naturale, i metalli e ovviamente le pietre preziose. Non lo è invece il vetro, anche se quello pregiato viene chiamato impropriamente cristallo.

Per capire come è fatto un cristallo basta abbassare gli occhi e guardare il pavimento. Se ci pensate un attimo si vedono pavimenti con piastrelle triangolari, quadrangolari e esagonali, ma mai pentagonali. Quello di questa figura non si può certo chiamare un pavimento ben fatto: quanti buchi!

 

 

 

Il fatto è ben noto ai matematici: non si può ricoprire una superficie piana con qualsiasi poligono regolare, ma solo con triangoli, quadrati ed esagoni. Una caratteristica di una pavimentazione è che su qualunque piastrella del pavimento vi mettiate, ovviamente senza guardare le pareti, non vedete alcuna differenza: si chiama simmetria traslazionale, o periodicità.

Si dimostra che la simmetria pentagonale, secondo cui la figura non cambia dopo una rotazione di 1/5 di giro, non va d’accordo con la simmetria traslazionale, che permette solo le rotazioni di 1/2, 1/3, 1/4 e 1/6. La stessa cosa avviene per le sostanze solide cristalline, dove gli atomi si dispongono periodicamente, al contrario del vetro in cui gli atomi sono disposti in maniera disordinata.

Pensate l’incredulità di Shechtman quando, nel 1982 al U.S. National Institute of Standards and Technology (NIST), analizzando una lega, di alluminio e manganese, al microscopio elettronico ebbe l’evidenza di una simmetria pentagonale!

“Non è possibile!”, disse - la stessa cosa che direbbe chiunque vedesse una piastrellatura di pentagoni perfettamente combacianti - e da bravo sperimentale si mise nuovamente a rivedere e a ripetere tutte le misure, ma il risultato non cambiava. Ovviamente non è che Shechtman vedesse direttamente gli atomi, quello che vedeva erano quelle che si chiamano figure di diffrazione, le quali hanno una ben precisa relazione geometrica con la disposizione degli atomi - un po’ come guardando un arcobaleno si deduce la presenza delle gocce d’acqua che lo generano - perciò un errore era sempre possibile.



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COMMENTI
06/10/2011 - Mille grazie! (Giuseppe Crippa)

Mille grazie, prof. Ortoleva, per la sua spiegazione sulla natura dei “quasicristalli” e sulla vicenda che ha portato alla loro scoperta. Ho apprezzato davvero la sua capacità di spiegare un concetto non facilissimo ed anche alcune dinamiche dei rapporti tra i ricercatori in modo semplice e coinvolgente. Dulcis in fundo: sapere che anche Lei apprezza Chesterton fa sempre piacere!

 
06/10/2011 - vera scienza (Alessandro Giuliani)

Un Nobel meritato che premia il vero sentimento profondo della scienza: la contemplazione libera da pregiudizi della natura. Bellissima storia e magistralmente raccontata !