Quasi-cristalli astronauti

Dal Nobel a Dan Shechtman alla scoperta la roccia della Kamčatka conservata a Firenze viene in realtà da molto più lontano: dallo spazio.

Ricordate i quasi-cristalli? Dan Shechtman, l’«eretico» che per primo aveva osato affermare che fossero realtà del mondo naturale e non un’astrazione matematica, inizialmente ignorato dal resto della comunità scientifica, l’anno appena passato ha invece avuto il riscatto definitivo: per i suoi studi gli è stato conferito il premio Nobel per la chimica.

Diceva il chimico Gianfranco Pacchioni, intervistato da Aula di Scienze a proposito della scoperta:

«Una struttura cristallina può essere costruita affiancando in modo regolare tanti mattoncini, che rappresentano la cella elementare, di forma sempre uguale. I due aspetti fondamentali sono quelli noti come struttura periodica e simmetria traslazionale: la sequenza di mattoncini si ripete all’infinito e in modo regolare nelle tre direzioni dello spazio, riempiendolo interamente. Se però al posto di prendere mattoni di base triangolare, quadrata, esagonale, ecc. ne immaginiamo uno a base pentagonale, allora non è più possibile riempire tutto lo spazio: è come provare a piastrellare la cucina con mattonelle a forma di pentagono, non si riesce.
«I quasi-cristalli, invece, sono solidi ottenuti in particolari condizioni, i cui mattoni fondamentali hanno simmetrie incompatibili con la periodicità legata alla simmetria traslazionale. Sono oggetti ordinati, in quanto le strutture che li compongono si ritrovano in modo regolare nello spazio, ma non sono periodiche, ossia non si ripetono nello spazio mediante una semplice operazione di traslazione. Il tutto può sembrare un po’ tecnico, ma si tratta di una cosa del tutto al di fuori della tradizionale struttura dei cristalli che conosciamo. Anche per questo motivo la scoperta di Shechtman ha suscitato molte perplessità negli anni successivi all’annuncio all’inizio degli anni Ottanta».

La struttura atomica apparentemente perfettamente regolare di un quasi-cristallo (Immagine: Wikimedia Commons)

Mai sottovalutare la Natura
I quasi-cristalli, in effetti, non sono certo sotto i nostri occhi: Shechtman li osservò infatti in laboratorio dopo aver creato una particolare lega metallica, e per lungo tempo si è pensato che si potessero ottenere solo artificialmente. Ma non bisogna mai sottovalutare la Natura: ora non solo sappiamo che i quasi-cristalli (nella fattispecie il minerale icosaedrite) possono trovarsi nelle rocce, ma c’è anche il forte sospetto che, almeno per quanto riguarda la roccia catalogata 46407/G presso il Museo di Storia Naturale dell’Università di Firenze, possono arrivare dallo spazio a bordo di un meteorite.

Luca Bindi e colleghi, parte della a stessa squadra che nel 2009 identificò l’icosaedrite nella roccia, proveniente dalla Kamčatka, ora affermano che tale roccia non è di questo mondo. I ricercatori, analizzando con la spettrometria di massa di ioni secondari i rapporti isotopici 18O/16O e  18O/16O dei pirosseni e delle olivine hanno riscontrato che questi non si adattano a nessuna roccia terrestre, mentre sono perfettamente sovrapponibili a quelli che si rilevano nelle condriti carbonacee.

Qusi-cristalli di icosaedrite (Immagine: Luca Bindi)

Meteoriti particolari
Le condriti carbonacee sono un gruppo di meteoriti molto particolari. Risalgono alle prime fasi della formazione del nostro Sistema Solare (circa 4.5 miliardi di anni fa) e spesso racchiudono composti organici come gli aminoacidi, ma in questo caso l’eccezionalità della scoperta è nell’origine extraterrestre in sé: i rapporti tra gli isotopi dell’ossigeno indicano che la roccia, e di conseguenza i quasi-cristalli in essa contenuti, deriva da un meteorite, e quindi i quasi-cristalli si sono formati nello spazio al tempo nel nostro Sistema Solare primitivo e sono stati in grado di mantenere la loro identità fino a ora, cioè sono strutture che, nelle giuste condizioni, possono essere molto stabili.

Nelle parole di Luca Bindi: «Ciò che rimane da determinare è come le collisioni di meteoriti/asteroidi abbiano portato alla formazione dei quasi-cristalli. Stiamo lavorando ad un’altra serie di esperimenti per determinare con maggiore precisione in quali condizioni si sia formato questo minerale».

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