Un laser per ricreare l’”anima” dell’universo

SCOPERTE – Svelare l’anima dell’universo utilizzando dei “semplici” laser. Questo l’obiettivo raggiunto dai ricercatori guidati da Marcos Dantus della Michigan State University. Gli scienziati, infatti, hanno utilizzato i laser per ricreare in laboratorio le reazioni chimiche che portano alla formazione dell’H3+, lo ione triatomico d’idrogeno, che è il più abbondante nell’universo e che gioca un ruolo chiave nell’astrochimica per comprendere il mondo in cui viviamo.

Fino ad oggi, infatti, gli scienziati non erano stati in grado di spiegare come avviene la formazione di queste molecole organiche ma, usando due tipologie di laser, il team guidato da Dantus è stato in grado di scoprire il meccanismo di formazione di questo ione che permea il cosmo, dal centro delle galassie fino alla ionosfera terrestre.

Il team, composto sia da fisici che da chimici, ha dovuto lottare con una difficoltà non da poco: l’estrema velocità con cui avviene la reazione chimica che dall’idrogeno biatomico, H2, ricava lo ione triatomico d’idrogeno. I tempi stimati di avvenimento dell’intera reazione chimica, dalla rottura dei legami precedenti fino alla formazione dei tre legami chimici dello ione, è tra i 100 e i 240 femtosecondi. Una unità di misura, il femtosecondo, che vale un milionesimo di miliardesimo di secondo. Gli stessi scienziati hanno sottolineato che la reazione avviene in un tempo inferiore a quello necessario a un proiettile per attraversare la lunghezza di un atomo una volta che è stato sparato.

A venire incontro alle esigenze degli scienziati sono stati i laser. I ricercatori hanno utilizzato un laser a forte interazione per fornire l’energia necessaria a una molecola biatomica di idrogeno per iniziare la reazione di formazione dello ione e poi hanno controllato i progressi utilizzando un secondo laser a femtosecondi, che fosse così in grado di monitorare cosa stava accadendo. Il risultato, pubblicato sulla rivista Scientific Reports, ha così finalmente svelato il meccanismo “fantasma”, come spiegato da Dantus:

“Abbiamo scoperto che una molecola di idrogeno biatomico vagante è responsabile della reazione chimica che produce lo ione triatomico d’idrogeno. Si tratta di un approccio alla materia estremamente nuovo che usa la chimica in roaming e di cui sappiamo ancora poco. Questo è il primo caso documentato di una reazione di questo tipo, che è particolarmente importante perché descrive un meccanismo che promette di scrivere un nuovo capitolo della chimica, uno che potrebbe finalmente descrivere tutte quelle reazioni chimiche che ad oggi ci appaiono come un mistero inspiegabile”.

Una volta osservata la reazione, gli scienziati hanno spiegato che nonostante la difficoltà nell’osservarla, non rappresenta nulla di stupefacente. Una molecola neutra infatti si forma dalla ionizzazione della molecola organica e continua a vagare intorno allo ione rimasto, questo fino a quando non trova un protone acido. Una volta individuato il suo obiettivo, la molecola estrae il protone acido e lo raccoglie fino a trasformarsi nello ione triatomico d’idrogeno.

Anche se la reazione a parole può apparire “semplice””, aver finalmente osservato un meccanismo a oggi misterioso rappresenta un grande risultato per la comunità scientifica. Per la prima volta infatti siamo in grado di capire cosa sta accadendo all’universo mentre parliamo, come ha commentato Dantus:

“Individuare questo meccanismo e la sua scala temporale ci porta ad un passo dalla comprensione delle reazioni chimiche che hanno creato i mattoni che costituiscono la base della vita nel nostro universo”. Un laser ha così svelato “l’anima” dell’universo. Un piccolo passo che apre però grandi orizzonti nel campo dell’astrochimica e nella comprensione dell’universo e della sua evoluzione.

@oscillazioni

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