VIAGGIO DENTRO UNA SPEDIZIONE SCIENTIFICA

Quasicristalli, la storia d’una scoperta impossibile

Irregolare, proibito e impossibile: è il quasicristallo. Ha una struttura regolare ma non periodica e fino a pochi anni fa sembrava non ci fosse alcuna possibilità di trovarlo in natura. Poi, un viaggio surreale in un luogo remoto, studi in laboratorio e una squadra di scienziati e scienziate infrangono questa certezza. Questa storia è raccontata nel saggio “Quasicristalli” di Luca Bindi, professore di mineralogia e cristallografia dell'Università di Firenze

     26/04/2022
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Quasicristalli – L’avventura di una scoperta. Luca Bindi. Tab edizioni, 2021, 260 pp., 24,00 euro

«Avevamo preparato delle liste da esperti di campionamento, soprattutto Chris. E prendevamo un po’ di tutto. Davvero di tutto: zaini tecnici molto particolari al posto delle valigie, posate e borracce da camping, equipaggiamento termico, prodotti per l’igiene utili a lavarsi in mancanza di acqua, oltre tutta la strumentazione tecnico-scientifica e gli arnesi che ci sarebbero serviti per il lavoro di scavo, estrazione e analisi. Avevamo una lista con qualsiasi cosa necessaria per ogni evenienza in quel viaggio surreale. E doveva stare tutto in uno zaino enorme da tenere sulle spalle».

Il viaggio surreale di cui si parla è raccontato da Luca Bindi, professore di mineralogia e cristallografia dell’Università di Firenze, nel libro Quasicristalli, L’avventura di una scoperta, edito nel 2021 da tab edizioni. La storia è preceduta dai contributi di Barbara Gallavotti, biologa e divulgatrice scientifica, Luciano Maiani, professore emerito presso la Sapienza di Roma, e Marco Tavani, presidente dell’Istituto nazionale di astrofisica.

Quasicristalli racconta la ricerca di una prova sperimentale dell’esistenza in natura di un materiale impossibile: i quasicristalli, appunto. «Stavolta “quasi” non viene utilizzato con accezione negativa, in termini di incompletezza o imperfezione, ma viene usato per identificare una struttura diversa rispetto a quella standard dei cristalli, qualcosa di irregolare, proibito e impossibile».

I quasicristalli sono solidi quasi periodici. In altre parole, sono una particolare forma di solido in cui gli atomi sono disposti in una struttura ordinata, ma non periodica, a differenza di quanto avviene nei cristalli. Fino a pochi anni fa, si pensava che i quasicristalli potessero essere solo artificiali, poi sono stati scoperti i primi quasicristalli naturali e ne è stata identificata l’origine extraterrestre.

Il saggio ci porta dentro la ricerca, fra pubblicazioni e difficoltà, scetticismo e nuove scoperte. Ma è quando racconta della spedizione che ha portato tredici persone di diverse nazionalità in una zona remota della Russia che la persona che legge si sente parte integrante della storia. Ci sembra di essere lì nella tundra con i protagonisti, sotto un Sole che non tramonta volentieri, con il ronzio delle zanzare negli orecchi, la paura degli orsi e le mani sporche di argilla.

L’avventura dei quasicristalli raccontata da Bindi inizia quasi per caso nel 2007 quando l’autore legge un articolo scritto pubblicato su Physical Review Letters che parla di un metodo per trovare un quasicristallo in natura. La frase finale dell’articolo è un invito: «Noi siamo interessati a portare avanti la ricerca, chiunque sia interessato a collaborare con noi nell’esplorare possibili quasicristalli in natura e analizzare la lista dei candidati che abbiamo riportato, ci contatti e noi saremmo lieti di rispondere e collaborare insieme». Bindi, scettico e curioso, contatta il primo autore dell’articolo, Paul Steinhardt, fisico e cosmologo statunitense. Un veloce scambio di mail e l’avventura inizia.

I tredici componenti della spedizione che scoprì il primo quasicristallo naturale. Da sinistra, Luca Bindi è il sesto e Paul Steinhardt è il nono. Crediti: Paul Steinhardt

Il primo protagonista della storia è un piccolo frammento di 2.7 millimetri conservato al Museo di storia naturale dell’Università di Firenze. Si tratta di un campione di khatyrkite, venduto al museo fiorentino da un collezionista olandese nel 1990 all’interno di una collezione di circa 2mila piccoli campioni.

Il frammento viene diviso in sei piccole fettine, che vengono studiate singolarmente sia dal punto di vista chimico che strutturale. Il campione sembra proprio avere le caratteristiche di un quasicristallo. Tuttavia, la sua composizione è piuttosto strana: nel campione si trova dell’alluminio in forma metallica, un elemento che non si può formare sul nostro pianeta. L’alluminio, infatti, in un ambiente come quello terrestre si lega all’ossigeno. Ulteriori sforzi e misurazioni danno risultati inequivocabili: il campione ha origine extraterrestre e molto probabilmente risale a 4.5 miliardi di anni fa. I rapporti fra gli isotopi dell’ossigeno, infatti, risultano simili a quelli osservati nelle condriti carbonacee, un tipo di meteoriti molto antiche.

La targhetta sul campione conservato nel museo riporta le seguenti informazioni: «Khatyrka, montagne del Koryak, Kamchatka», cioè il piccolo frammento proviene dall’estremo oriente russo. Tuttavia, non vi sono prove dirette che davvero il campione provenga da questa località. Infatti, alcuni membri della comunità scientifica sollevano dei dubbi: davvero viene da quell’area remota della Russia? E nonostante i risultati trovati rimangono ancora delle perplessità: come possiamo essere sicuri che davvero il campione sia naturale?

L’unico modo per sciogliere questi nodi è partire per la Siberia orientale alla ricerca di tracce della meteorite da cui viene il campione del museo. Ma certo non è semplice trovare nella tundra siberiana il luogo esatto in cui è stato recuperato un frammento di pochi millimetri. Le annotazioni in un diario segreto e un articolo in cirillico aiuteranno i protagonisti di questa avventura scientifica.

La spedizione inizia il 22 luglio 2011 quando il gruppo si riunisce alla periferia di Anadyr, la capitale della Chukotka. Il gruppo è composto da persone provenienti dall’Italia, dalla Russia e dagli Stati Uniti. Sono nove scienziati, una scienziata, due autisti, una cuoca e l’indomabile gatto Bucks. Due cingolati li porteranno attraverso la tundra e le montagne del Koryak.

L’ambiente è decisamente inospitale, le zanzare riempiono l’aria e c’è il pericolo di incontrare orsi e altri animali. In dodici giorni il gruppo setaccia più di una tonnellata e mezzo di argilla per cercare frammenti microscopici.

Luca Bindi, ormai Indiana Jones dei quasicristalli, ci racconta questa avventura e i risultati degli studi effettuati su questi solidi impossibili.