Un'incredibile scoperta potrebbe rivoluzionare ciò che sappiamo degli stati della materia e fornire spiegazioni sui misteriosi campi magnetici di lune e pianeti del sistema solare, fornendo addirittura agli scienziati nuovi elementi per la ricerca di vita extraterrestre o per la semplice comprensione di alcuni fenomeni che ad oggi non hanno chiara spiegazione.

Un team di scienziati guidato dal coautore dello studio, Vitali Prakapenka, geofisico presso l'Università di Chicago, è riuscito a stabilizzare l'acqua in un nuovo stato le cui caratteristiche furono teorizzate nel 1988 dal professore di chimica Pierfranco Demontis, ricercatore dell'Università di Sassari, e osservate in modo fugace nel 2018 dai ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory, in California. Si chiama ghiaccio superionico e fino ad oggi nessuno era riuscito a stabilizzarlo oltre i 20 nanosecondi prima che si dissolvesse, ma ora si è riusciti a superare questa barriera e i risultati condivisi in uno studio pubblicato su Nature Physics (in FONTE) sono per certi versi sbalorditivi.

Siamo abituati a considerare solamente 3 fasi dell'acqua, ossia quella gassosa , liquida e solida, ma a tutti gli effetti gli scienziati hanno identificato ad oggi almeno 20 fasi relative a quello solido, o ghiacciato se preferiamo. Ogni fase presenta disposizioni diverse degli atomi di idrogeno e ossigeno cha vanno a variare a seconda delle diverse temperature e pressioni a cui sono sottoposte le molecole. Da precedenti osservazioni sappiamo ad esempio che con gli stati VI e VII del ghiaccio le molecole si dispongono rispettivamente in prismi e cubi rettangolari, ma non è da sottovalutare nemmeno il fatto che altri stati vanno anche a cambiare le interazioni con i campi elettrici o presentano comportamenti inaspettati.

Il ghiaccio superionico rappresenta la diciottesima fase e con buona probabilità è una delle più curiose, poiché se da un lato gli atomi di ossigeno si bloccano in posizione al pari di quanto farebbero in un corpo solido, al contrario quelli di idrogeno, dopo aver ceduto gli elettroni, diventano ioni carichi positivamente liberi di fluire al pari di quanto farebbero in un fluido.

In questa nuova fase gli atomi di idrogeno possono migrare mentre l'ossigeno va a creare un verso e proprio reticolo in espansione. Questa particolarità fa si che il ghiaccio superionico presenti un tipico aspetto tendente al nero.

Durante i test del 2018 si era riusciti a stabilizzare il ghiaccio superionico per soli 20 nanosecondi prima che si dissolvesse, troppo poco per carpirne le caratteristiche, ma abbastanza per misurarne la conduttività elettrica e intravederne la struttura. Per riuscirci i ricercatori avevano utilizzato un laser per colpire una goccia d'acqua, generando un'onda d'urto tale da raggiungere la temperatura e la pressione necessarie allo scopo.

Ma servivano misurazioni più dettagliate e qui è entrato in gioco il team di scienziati guidato da Prakapenka. Si è quindi deciso di pressurizzare una goccia d'acqua utilizzando un'incudine di diamante da 0,2 carati e di usare un raggio laser per farla esplodere. La durezza del materiale utilizzato ha permesso all'incudine di pressurizzare la goccia a un valore circa 3,5 milioni di volte superiore a quello della pressione atmosferica terrestre, mentre il laser l'ha riscaldata a temperature maggiori di quelle presenti sulla superficie del sole.

A quel punto grazie ad un acceleratore di elettroni, strumento noto con il nome di sincrotrone, la goccia è stata bombardata di raggi x, la cui analisi della diffusione ha permesso ai ricercatori di identificare la struttura del ghiaccio superionico. Dal precedente intervallo di misurazione espresso in nanosecondi (miliardesimi di secondo) si è passati ai più comodi microsecondi (milionesimi di secondo), un tempo significativo per tracciare con maggior precisione la transizione della goccia d'acqua alla fase di ghiaccio superionico. Si tratta di un risultato strabiliante che consentirà di studiare meglio il fenomeno.

Ma questo è solo l'inizio e si procederà in questa direzione per effettuare analisi più approfondite, ad esempio sulle condizioni in cui si possono ricreare le diverse fasi del ghiaccio in natura senza interventi esterni. Ci sono poi degli effetti collaterale che vanno assolutamente presi in considerazione, sappiamo ad esempio che gli ioni di idrogeno liberi di fluttuare sono in grado di creare campi magnetici, e forse questa caratteristica potrebbe essere la base del magnetismo di alcuni pianeti come Nettuno o Urano, o anche di lune come Giove ed Europa.

Il ghiaccio superionico potrebbe essere sepolto nelle viscere di alcuni corpi celesti? Questa è una delle tante domande a cui si vuole dare una risposta, e visto che le magnetosfere sono la prima protezione dalle radiazioni stellari potrebbero essere un parametro utile alla ricerca di vita aliena nell'universo.

Ma il lavoro di ricerca da fare sul ghiaccio superionico è ancora lungo e ci sono diverse proprietà da approfondire su questo stato di materia, ad esempio sappiamo molto poco sulla sua viscosità, la stabilità chimica e la conduttività, tutte informazioni importanti per capire gli eventuali meccanismi di formazione naturale.