L’enigma termodinamico dei quasicristalli

Uno studio del Dipartimento di Scienze della Terra ha indagato la natura degli elementi presenti in quantità infinitesimale nei quasicristalli naturali, fornendo nuove informazioni che confermano le straordinarie caratteristiche di questi minerali.

Una struttura che viola le leggi della mineralogia e ora – come ha verificato un team internazionale guidato da Luca Bindi – anche quelle della termodinamica. È quella degli unici quasicristalli naturali a oggi documentati, l’icosaedrite e la decagonite, provenienti da frammenti di una meteorite caduta sulle montagne del Koryak, nell’estremo oriente della Russia, circa 15mila anni fa.

Lo studio pubblicato sulla rivista Earth and Space Chemistry documenta i risultati delle analisi degli elementi chimici presenti in quantità infinitesimale nei campioni dei due quasicristalli naturali.

“I quasicristalli sono minerali unici i cui atomi sono disposti come in un mosaico, in modelli regolari ma che non si ripetono mai nello stesso modo, come succede invece nei cristalli ordinari – spiega Bindi –. Agli albori del nostro sistema solare, 4.5 miliardi di anni fa – prosegue il ricercatore –, gli elementi chimici hanno cominciato a condensare dal gas primordiale, seguendo un ordine preciso, che corrisponde alla loro diversa temperatura di condensazione e alla loro volatilità”.

Il gruppo di ricercatori – composto da Paul J. Steinhardt, dell’Università di Princeton, veterano insieme a Bindi dello studio dei quasicristalli naturali, Paul A. Asimow, del California Institute of Technology, Maurizio Petrelli, dell’Università di Perugia, e Simone Tommasini, del Dipartimento di Scienze della Terra Unifi – ha utilizzato un microscopio che permette di arrivare a un milione di ingrandimenti e che ha reso possibile verificare la presenza di microinclusioni di materia formatasi sia ad alta temperatura che a bassa temperatura.

“Il paradosso termodinamico dei due quasicristalli sta nel fatto che hanno quantità normali di elementi refrattari, cioè che si sono formati ad altissime temperature, ma al contempo sono arricchiti in elementi mediamente volatili, cioè formatisi a basse temperature, con una proporzione fino a cento volte maggiore rispetto alla composizione delle classiche meteoriti. Condizione che non era mai stata documentata in nessun materiale, né terrestre né extraterrestre”.

“La composizione delle microparticelle cosmiche analizzate – conclude Bindi – apre uno scenario affascinante sui processi che hanno portato alla formazione dei quasicristalli durante le prime fasi di condensazione della materia gassosa primordiale e le successive collisioni che sono avvenute tra i vari pianeti in via di formazione”.

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