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FISICA/ A Trieste va in scena la "danza quantistica" dell'ossigeno

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I quartetti dell’ossigeno ad altissime pressioni  I quartetti dell’ossigeno ad altissime pressioni

Anche elementi chimici molto conosciuti e molto studianti possono rivelare sorprese e presentare aspetti nuovi e sorprendenti. È il caso dell’ossigeno, il cui diagramma di fase a basse temperature e alte pressioni mostrava delle irregolarità ancora poco comprese: cercando di comprendere l’origine di questi fenomeni, un team di ricercatori della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) e del Centro Internazionale di Fisica Teorica Abdus Salam (ICTP) di Trieste ha identificato una nuova fase, in cui l’ossigeno esibisce caratteristiche che non si conoscevano ancora.

Il gruppo, guidato dal professor Erio Tosatti – docente alla SISSA e membro straniero della National Academy of Sciences Usa - e comprendente Michele Fabrizio, della SISSA, Yanier Crespo e Sandro Scandolo dell’ICTP ha eseguito calcoli molto delicati ed estesi e ha sviluppato modelli quantistici mirati a capire questo angolo del diagramma di fase: i risultati sono stati appena pubblicati su PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences. Ilsussidiario.net ne ha parlato con Erio Tosatti.

Come siete arrivati a questo risultato?

Da parecchi anni svolgiamo ricerche su temi inerenti da un lato la materia a pressioni elevatissime e dall’altro i fenomeni quantistici che implicano anche il magnetismo. Lo studio sperimentale delle pressioni molto elevate è ormai possibile, dopo l’invenzione delle celle a incudine di diamante; e per noi teorici è particolarmente interessante per i comportamenti che la materia manifesta, completamente diversi dalle condizioni normali: gli isolanti diventano metalli, il magnetismo scompare, le molecole si rompono. Mi viene in mente in proposito una celebre incisione di Escher dove uno stormo di uccelli si trasforma in pesci. Insomma, succedono una serie di fenomeni molto belli, divertenti e diversissimi da un caso all’altro.

Perché vi siete concentrati sull’ossigeno?

L’ossigeno, oltre ad essere uno dei più importanti elementi, ha l’aspetto curioso di possedere un magnetismo molecolare: è un fenomeno che ha intrigato da sempre si i fisici che i chimici. Come mai tra tutti i gas proprio l’ossigeno presenta questo comportamento, che si chiama paramagnetismo? La spiegazione richiede l’impiego della meccanica quantistica, che sulle prime i chimici erano un po’ restii ad utilizzare. Si è così trovata una semplice regola (detta di Hund) che permette di capire come mai la molecola di ossigeno ha un momento magnetico di spin (lo spin indica il verso di rotazione degli elettroni su se stessi) uguale a uno, corrispondente a due elettroni che si orientano in maniera parallela.



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