Teorizzato quasi un secolo fa e inseguito per decenni nei laboratori di tutto il mondo, l'idrogeno metallico, considerato il Sacro Graal della fisica delle altissime pressioni, sarebbe stato ottenuto in un laboratorio dell'università di Harvard (Usa) da Isaac Silvera e Ranga Dias con un procedimento descritto in un report pubblicato negli archivi "open access" di arXiv (ottobre 2016) e in un secondo documento su Scienze (26 gennaio 2017).
In sintesi e semplificando, usando una cella a incudine di diamante (una sorta di pressa) i due ricercatori hanno sottoposto un campione di idrogeno alla pressione di 495 gigaPascal, più o meno 5.000.000 di atmosfere, una pressione che in natura non si raggiunge neppure al centro della Terra. Così compresso, l'idrogeno molecolare diventa idrogeno atomico, che è un metallo.
«Una previsione molto importante alla base della nostra ricerca è che l'idrogeno metallico sia meta-stabile», afferma Silvera: «ciò significa che rimane metallico anche quando si smette di esercitare la pressione, come i diamanti sintetici prodotti sottoponendo la grafite ad alte temperature e pressioni». Al momento il materiale esiste solo all'interno dello strumento usato per crearlo (perciò più che "raro" è "unico", sulla Terra), ma se resterà stabile si potrà verificare se effettivamente l'idrogeno metallico agisca, come ipotizzato, da superconduttore a temperatura ambiente. «E questo sarebbe davvero rivoluzionario», aggiunge Silvera, «visto che, con un conduttore tradizionale, il 15 per cento dell'energia elettrica viene persa dalla dissipazione durante la trasmissione.»
La fisica è forse la disciplina che meglio di qualunque altra spiega il funzionamento del mondo che ci circonda: dai più piccoli blocchi che formano la materia al comportamento dell'Universo. Mai come in questo campo, esistono ricerche dalle quali non si torna più indietro: scoperte epocali che cambiano totalmente la nostra visione delle cose. Ecco 20 fisici che più di altri hanno contribuito a spiegare il mondo così come (per ora) lo conosciamo.
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Galileo Galilei (1564-1642). Non potevamo che iniziare dal padre della scienza moderna, a cui si deve il merito del superamento della scienza aristotelica sul moto. Attorno al 1630 dimostrò che tutti gli oggetti cadono con una stessa costante di accelerazione (l'accelerazione di gravità o g); intuì poi il principio di inerzia, in base al quale un corpo, in assenza d'attrito, permane in moto rettilineo uniforme finché non intervengano forze esterne a perturbarne il moto. Fondamentale fu il suo ruolo nel sostegno delle teorie eliocentriche copernicane (che gli costarono la condanna del Sant'Uffizio e lo obbligarono all'abiura).
Isaac Newton (1643-1727). Basandosi sui principi galileiani sul movimento, stabilì le tre leggi del moto universali e la legge della gravitazione universale (in base alla quale ogni punto materiale nell'Universo attrae un altro punto con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza). L'apporto rivoluzionario delle sue teorie deriva dall'aver dimostrato che i corpi celesti sono governati dalle stesse leggi fisiche osservabili sulla Terra.
Michael Faraday (1791-1867). Il fisico e chimico britannico è universalmente conosciuto per i suoi studi sull'elettromagnetismo. Nel 1831 scoprì l'induzione elettromagnetica, in base alla quale nasce una corrente indotta ogni volta che si ha una variazione del flusso magnetico attraverso la superficie di un circuito. Nel 1839 propose l'esistenza di un collegamento tra elettricità e magnetismo.
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James Clerk Maxwell (1831-1879). La sua teoria sull'elettromagnetismo pubblicata nel 1864, è stata definita la «seconda grande unificazione della fisica» dopo quella di Isaac Newton: stabilisce infatti che elettricità, magnetismo e luce sono tutte manifestazioni dello stesso fenomeno, il campo elettromagnetico.
Wilhelm Röntgen (1845-1923). Nel 1895 lo scienziato tedesco fu il primo fisico a produrre e individuare la radiazione elettromagnetica nell'intervallo d'onda oggi conosciuto come dei raggi X, mentre studiava i raggi catodici.
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Marie Curie (1867-1934). Per i suoi studi sulle radiazioni e sull'isolamento degli isotopi insieme al marito Pierre, fu insignita del Nobel per la Fisica nel 1903. La scoperta del radio e del polonio le valse invece il Nobel per la Chimica, 8 anni dopo. I suoi appunti sono ancora oggi radioattivi. 16 cose che forse non sai sulla radioattività
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J. J. Thomson (1856-1940). Nel 1897 il fisico britannico scoprì la prima particella subatomica mai osservata: l'elettrone.
Max Planck (1858-1947). Fu il vero padre della fisica quantistica: nel 1900 propose l'esistenza dei quanti, pacchetti indivisibili di energia discreta (cioè proporzionale alla loro frequenza di oscillazione, secondo una costante universale poi definita costante di Planck) e non continua, come invece sosteneva la teoria elettromagnetica classica.
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Albert Einstein (1879-1955). Il cuore delle teorie di colui che forse più di tutti ha cambiato il nostro modo di percepire l'Universo si articola in due momenti precisi. Nel 1905 Albert Einstein formulò la teoria della relatività ristretta, che risolveva le contraddizioni tra relatività galileiana ed elettromagnetismo. Nel 1916 veniva invece pubblicata la teoria della relatività generale, una teoria fondamentale sulla natura dello spazio, del tempo e della gravità secondo la quale quest'ultima non è che un effetto della curvatura dello spazio-tempo (questa ipotesi prevedeva l'esistenza delle onde gravitazionali, recentemente scoperte). Le foto meno note di Einstein
Ernest Rutherford (1871-1937). Nel 1911 lo scienziato neozelandese naturalizzato britannico dimostrò che il nucleo degli atomi ospita gran parte delle loro masse. Nel 1920, scoprì l'esistenza dei protoni. Vinse un Nobel nel 1908, ma per la Chimica: "per i suoi studi sulla disintegrazione degli elementi e la scoperta dell'esistenza di sostanze radioattive".
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Neils Bohr (1885-1962). Nel 1913 formulò la teoria della struttura atomica che prevede che un atomo abbia un nucleo centrale, con gli elettroni che orbitano attorno ad esso. Per i suoi studi sulla struttura atomica ricevette il Nobel nel 1922. Diede anche contributi fondamentali alla nascita della meccanica quantistica.
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Wolfgang Pauli (1900-1958). Il fisico austriaco (a sinistra nella foto, insieme a Niels Bohr) elaborò il principio di esclusione che gli valse un Nobel nel 1945, in base al quale due elettroni in un atomo non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico. Questo principio ha conseguenze fondamentali in astronomia, nello studio dell'evoluzione stellare e della formazione di nebulose. Nel 1931 predisse l'esistenza dei neutrini, particelle che da ogni direzione ci raggiungono dallo spazio.
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Erwin Schrödinger (1887-1961). Nel 1933 lo scienziato austriaco formulò l'equazione fondamentale della fisica quantistica, che serve a determinare le orbite più probabili occupate da un elettrone intorno a un atomo. Questo abbandono della concezione deterministica della Fisica - secondo cui date alcune condizioni iniziali è sempre possibile calcolare la traiettoria di una particella - gli valse il Nobel per la Fisica sette anni dopo. È anche conosciuto per il "paradosso del gatto".
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Paul Dirac (1902-1984). Il fisico britannico Premio Nobel nel 1933 predisse l'esistenza dell'antimateria, ed è considerato uno dei fondatori della meccanica quantistica. Divise il Nobel con Schrödinger, "per la scoperta di nuove forme della teoria atomica".
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Werner Heisenberg (1901-1976). Il fisico tedesco Premio Nobel nel 1932 è noto soprattutto per aver introdotto il "principio di indeterminazione" che porta il suo nome, che delinea alcuni limiti fondamentali all'accuratezza delle misurazioni sperimentali nel campo della meccanica quantistica.
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Enrico Fermi (1901-1954). Il fisico italiano naturalizzato statunitense diede un contributo fondamentale nel campo della fisica nucleare e guido anche la costruzione del primo reattore nucleare a fissione. Fu anche uno dei principali "architetti" del Progetto Manhattan. Per la sua scoperta della radioattività artificiale prodotta da irradiazione neutronica guadagnò, a soli 37 anni, il Nobel per la Fisica nel 1938. Chi sono i 20 Nobel italiani
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J. Robert Oppenheimer (1904-1967). Non tutte le scoperte nel campo della fisica hanno migliorato la nostra vita. Oppenheimer diede con le sue ricerche importanti contributi alla fisica quantistica e allo studio dei raggi cosmici, ma è soprattutto considerato il padre del Progetto Manhattan, perché i suoi calcoli (insieme a quelli di diversi altri fisici del suo tempo, come Fermi e Feynman) furono alla base della costruzione della prima bomba atomica. Per una crisi di coscienza rifiutò in seguito di lavorare alla bomba ad idrogeno. Hiroshima prima e dopo la bomba atomica
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Richard Feynman (1918-1988). Una delle più brillanti menti scientifiche del Novecento, instancabile divulgatore, è noto per l'elaborazione della teoria elettrodinamica quantistica, una teoria quantistica del campo elettromagnetico che coniuga la relatività ristretta alla meccanica quantistica per migliorare la comprensione dell'Universo. I suoi interessi spaziavano anche alla chimica, alla biologia e all'elettronica. Fu lui a lanciare la sfida delle macchine molecolari, raccolta dai vincitori del Nobel per la Chimica 2016.
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Murray Gell-Mann (nato nel 1929). Nel 1961 questo fisico Premio Nobel propose quella che viene comunemente definita "la via dell'ottetto" (eightfold way) per classificare le particelle subatomiche trovate fino ad allora. Nel 1964 propose l'ipotesi dei quark, in base alla quale protoni, neutroni e altri adroni sono composti di particelle ancora più piccole chiamate quark (la teoria gli valse il Nobel, nel 1969).
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Vera Rubin (nata nel 1928). Non è propriamente una fisica, ma un'astronoma. Tuttavia, gli studi sulla rotazione delle galassie di questa astronoma statunitense hanno evidenziato che l'84% del nostro Universo è costituito da particelle di materia oscura, una scoperta per la quale la scienziata è da qualche tempo in odore di Nobel. Vedi anche: tributo minimal a 12 grande scienziate
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Peter Higgs (nato nel 1929). Il nome del fisico britannico, Premio Nobel nel 2013, è indissolubilmente associato a quello del Bosone di Higgs, una delle particelle fondamentali più a lungo cercate dalla fisica moderna, la cui esistenza fu suggerita dallo scienziato all'inizio degli anni '60. Higgs ipotizzò l'esistenza di un campo fisico che permea tutto lo spazio, il campo di Higgs, attraverso l'interazione con il quale le particelle acquisiscono massa. Per dimostrare le sue teorie è stato allestito il più complesso esperimento di fisica mai concepito, il Large Hadron Collider, che nel 2012 ha trovato le evidenze scientifiche dell'esistenza della particella.
Vero o falso? Diversi scienziati che si occupano di fisica delle altissime pressioni hanno espresso dubbi e perplessità sulla ricerca e sui risultati annunciati. Il primo documento, pubblicato su arXiv, aveva suscitato diverse critiche perché troppo povero di dettagli sulla procedura e sulla interpretazione del risultato. Il secondo documento, quello pubblicato da Science, non ha messo a tacere gli scettici perché, affermano, aggiunge al primo report solo pochi e insufficienti dettagli.
Senza entrare nel merito delle contestazioni (pane per scienziati), è evidente che i critici considerano le informazioni rilasciate da Silvera e Dias insufficienti sia per analizzare la procedura sia per replicarla in altri laboratori, entrambe condizioni essenziali affinché una scoperta sia validata dalla comunità scientifica.
Più prezioso di tutto. Le perplessità sucitate sono per certi versi comprensibili: se il metodo per produrre idrogeno metallico fosse validato, e se il nuovo materiale si rivelasse effettivamente stabile, si meriterebbe ben più di un Nobel. Oltre che come superconduttore, questo elemento troverebbe infatti un'infinità di applicazioni notevoli: dai sistemi di trasporto a levitazione magnetica a nuovi dispositivi elettronici.
Sarebbe anche un formidabile accumulatore di energia: una "batteria" con una capacità proporzionale all'enorme energia usata per crearla, in grado di alimentare persino razzi spaziali.
