L’acqua è un costituente essenziale del nostro pianeta e degli organismi che lo popolano, eppure per molti aspetti sfugge ancora alla comprensione degli scienziati. Per spiegare alcune delle sue numerose anomalie, da decenni i ricercatori ipotizzano che al di sotto della temperatura di congelamento alla quale l’acqua diventa ghiaccio possano coesistere due fasi liquide, caratterizzate da diverse densità. A causa della difficoltà nell’esplorare queste due fasi con gli esperimenti, le simulazioni numeriche sono state essenziali nel caratterizzare le proprietà dell’acqua sottoraffreddata.
Questo lavoro mostra un nuovo, inatteso aspetto della storia. Oltre ad avere densità diverse, le due fasi in cui l’acqua allo stato liquido coesiste al di sotto della temperatura di congelamento sono caratterizzate anche da proprietà elettriche distinte. È quanto mostrano le sofisticate simulazioni e analisi dei dati realizzate dai ricercatori della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) e del Centro internazionale di fisica teorica Abdus Salam (ICTP) coinvolti nello studio. In particolare, nella fase a bassa densità, si realizza un fenomeno di allineamento spontaneo delle molecole d’acqua che genera dei campi elettrici nel liquido che rimangono stabili per diversi microsecondi. L’articolo è stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
“Le nostre simulazioni mostrano chiaramente che, nella fase liquida a bassa densità al di sotto della temperatura di congelamento, e pur in assenza di campi elettrici esterni, le molecole d’acqua tendono a orientarsi nella stessa direzione, originando un campo elettrico, in un fenomeno chiamato polarizzazione spontanea”, spiega Cesare Malosso, dottorando alla SISSA. Il suo lavoro ha condotto a questo risultato sorprendente mentre stava cercando di studiare una proprietà, ma correlata, e più precisamente l’attività infrarossa dell’acqua sottoraffreddata. Questa scoperta arricchisce la nostra comprensione delle anomalie dell’acqua e delle sue proprietà elettriche.
Stefano Baroni e Ali Hassanali, che hanno collaborato a questo progetto dai rispettivi istituti, SISSA e ICTP, hanno aggiunto: “Il nostro studio prevede proprietà che riteniamo possano dare il via ad attività sia sperimentali che teoriche per la ricerca dell'elusivo secondo punto critico nell'acqua sottoraffreddata”.
Link alla pubblicazione scientifica: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2407295121