Scienza

Il vetro liquido è il più nuovo stato bizzarro della materia che trasuda nell'esistenza

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Kryptonite e cristalli kyber potrebbero sembrare alcune delle sostanze naturali più incredibili nella fantascienza (e su pianeti immaginari), ma le cose proprio qui sulla Terra possono diventare ancora più strane.

Non è vetro fuso e né solido né liquido, ma ora gli scienziati hanno scoperto un nuovo stato della materia noto come vetro liquido . Le sue singole particelle possono muoversi ma non ruotare. Il vetro liquido si verifica in colloidi , che hanno una sostanza dispersa attraverso un'altra, sebbene nessuna sostanza possa separarsi o depositarsi come in soluzioni o sospensioni. Quando alcuni colloidi diventano abbastanza densi, la loro struttura si avvita in questo stato vetroso. Rimarrà così fino a quando la struttura non sarà nuovamente ordinata.

Il fisico Matthias Fuchs e il chimico Andreas Zumbusch dell'Università di Costanza in Germania hanno indotto lo stato di vetro liquido in un laboratorio utilizzando colloidi da loro stessi creati. Dopo aver usato particelle in una forma mai sperimentata prima, volevano vedere cosa è successo durante il transizione vetrosa e ho ottenuto qualcosa di degno Superuomo o Guerre stellari .



Sospensioni di colloidi ellissoidali formano uno stato inaspettato della materia, un vetro liquido in cui le rotazioni sono congelate mentre le traslazioni rimangono fluide, Fuchs e Zumbusch ha detto in uno studio recentemente pubblicato su PNAS . L'analisi delle immagini rivela precursori nematici finora sconosciuti come elementi strutturali caratteristici di questo stato. L'ostruzione reciproca di questi ammassi ramificati impedisce l'ordine cristallino liquido.

Quando Fuchs e Zumbusch hanno esaminato più da vicino questo fenomeno, hanno dovuto affrontare un problema importante. Tutti i colloidi studiati fino ad ora contenevano particelle sferiche prive di orientamento. È impossibile dire dove sia rivolta una sfera, perché non ha né inizio né fine, a meno che qualcuno non voglia l'ingrato compito di dipingere frecce microscopiche su ogni particella. Quello che gli scienziati hanno fatto invece è stato usare la chimica dei polimeri per produrre piccole particelle di plastica (che erano ancora più grandi di atomi o molecole) che poi hanno allungato in una forma ellittica. Questi sono stati poi incorporati in un solvente per creare un colloide.

Al microscopio ottico, le particelle hanno mostrato cambiamenti di posizione e movimento che hanno rivelato alcune disposizioni mai viste prima che erano quasi incredibili.

Perché una struttura cristallina si formi, deve avere proprio questo: una struttura ordinata. Il vetro è bizzarro perché può sembrare solido ma in realtà non è né un solido né un liquido. Potresti notare che la parte inferiore di una finestra più vecchia è solo leggermente più spessa della parte superiore perché il vetro trasudava molto lentamente verso il basso. Alcuni cristalli liquidi diventano nematico dopo aver raggiunto uno stato vetroso. Ciò significa che le molecole sono parallele e, sebbene siano in grado di fluttuare, non possono ruotare. Questa incapacità di ruotare significa che non possono manovrare e riorganizzarsi nel modo giusto per ottenere una solida struttura cristallina.

Il vetro liquido con particelle ellissoidi riflette meglio ciò che accade effettivamente in natura o nella tecnologia. Non si verificano troppe occorrenze di particelle perfettamente sferiche in entrambe le situazioni e, se ciò accadesse, la mancanza di orientamento delle particelle renderebbe solo le simulazioni e gli eventi reali di questo strano stato della materia più difficili da studiare. La modifica delle concentrazioni delle particelle ha permesso agli scienziati di vedere cambiamenti nel movimento e nella rotazione che altrimenti sarebbero sfuggiti loro. Hanno visto che gli stati vetrosi si verificavano a densità specifiche quando la rotazione si congelava.

Questo non significa che la formazione dei cristalli sia condannata. Il vetro liquido durerà solo finché le particelle nel colloide, bloccate con un orientamento simile, formano grappoli e si intralciano a vicenda. Quando le particelle hanno energia sufficiente, oltre alla pressione e al volume corretti, per ruotare di nuovo, passano da uno stato di vetro liquido a un cristallo liquido mentre iniziano a riorganizzarsi nel giusto ordine.

Lo stato del vetro liquido può fornire il paradigma a lungo cercato in cui l'interazione tra le correlazioni critiche di equilibrio e il rallentamento critico rispetto alla formazione del vetro può essere studiata al microscopio, Fuchs e Zumbusch dissero .

Quindi succede questo alla kryptonite mentre si cristallizza, o cosa? Solo un vero kryptoniano conoscerebbe la risposta.



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