Cosa sono i quasicristalli scoperti in un micrometeorite e perché sono un materiale “impossibile”
Nel cuore di un minuscolo meteorite recuperato nel 2002 sulla cima del Monte Gariglione, in Calabria, gli scienziati hanno fatto una scoperta straordinaria. Al suo interno, grazie ad approfondite analisi di laboratorio, hanno infatti identificato un quasicristallo, un materiale solido con caratteristiche “impossibili”. Prima di addentrarci nella spiegazione su cosa rende così speciali i quasicristalli, è doveroso sottolineare l'eccezionalità della scoperta tutta italiana. Basti sapere che la presenza del quasicristallo rende il micrometeorite scoriaceo di appena 500 micrometri (classificato con il nome di FB-A1) uno dei meteoriti più rari al mondo. Sì perché i quasicristalli erano stati individuati solo in un altro meteorite (il meteorite Khatyrka), inoltre si tratta del terzo rilevamento in assoluto in un corpo di origine extraterrestre. Non a caso i risultati delle indagini sulla minuscola sferula, trovata a una sessantina di chilometri da Catanzaro, sono rimbalzati rapidamente sulle pagine di istituzioni scientifiche in tutto il mondo.
A scoprire il quasicristallo nel micrometeorite FB-A1 è stato un team di ricerca tutto italiano guidato da scienziati del Dipartimento di Scienze della Terra e Geoambientali dell'Università degli Studi di Bari Aldo Moro e del Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università di Firenze, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi dell'Agenzia Spaziale Italiana – Centro Spaziale di Matera e del Centro Servizi MEMA dell'Università di Firenze. I ricercatori, coordinati dai docenti di Mineralogia Giovanna Agrosì e Luca Bindi, hanno sottoposto il minuscolo frammento ad analisi non distruttive – dunque sul campione integro – come microtomografia a raggi X computerizzata (μ-CT) e Microscopia elettronica a scanione (SEM) con un peculiare spettrometro. Dai test è emerso che la sferula lucente conteneva un quasicristallo icosaedrico con una composizione insolita: Al51.7 Cu 30.8 Fe10.3 Si7.2.
In parole semplici, si tratta di una lega metallica anomala contenente Alluminio, Rame, Ferro e Silicio. Un quasicristallo analogo era stato trovato anche nel meteorite Khatyrka, recuperato nell'omonimo fiume durante una spedizione nella Chukotka, nell'estrema Russia orientale. È doveroso sottolineare che questa scoperta straordinaria non sarebbe stata possibile senza l'intuizione di un cosiddetto “cittadino scienziato”, un appassionato di micrometeoriti che ha raccolto la sferula sulla montagna calabrese. Sorpreso dalle sue caratteristiche di lucentezza, decise di inviarla all'Università di Bari, da cui è partita la ricerca che ha portato ai risultati incredibili qui riportati.
Cosa sono i quasicristalli
Dunque, cosa sono questi quasicristalli? In sostanza, si tratta di materiali solidi nei quali gli atomi sono disposti con simmetrie ordinate ma non periodiche / ripetitive. Questa caratteristica li rende impossibili – o meglio, proibiti (forbidden) – per la cristallografia classica. In altri termini, i quasicristalli hanno una struttura esotica che sfida le regole strutturali di un tipico cristallo. “I quasicristalli sono materiali in cui gli atomi sono disposti come in un mosaico, in modelli regolari ma che non si ripetono mai nello stesso modo, diversamente da quello che succede nei cristalli ordinari”, ha spiegato il professor Bindi in un comunicato stampa dell'ateneo barese. Non c'è da stupirsi che il primo a scoprire i quasicristalli, il ricercatore israeliano Dan Shechtman del Technion – Israel Institute of Technology durante esperimenti condotti all'inizio degli anni '80, ebbe non pochi grattacapo per far accettare il proprio “eureka”. Poi, fortunatamente, la comunità scientifica apprezzò a tal punto il suo lavoro da conferirgli il Premio Nobel per la Chimica nel 2011.
Lo stato quasi-cristallino viene normalmente ottenuto in modo artificiale (sintetizzato) in laboratorio mescolando gli elementi desiderati dai ricercatori. Fu proprio cercando di ottenere una particolare lega metallica che il professor Shechtman notò i quasicristalli per la prima volta. Questi materiali possiedono proprietà peculiari – come durezza e bassa conducibilità termica – che li rende eccellenti per mettere a punto rivestimenti e determinate tecnologie che devono durare nel tempo.
Fu il professor Bindi a scoprire il primo quasicristallo naturale, all'interno del meteorite Khatyrka nel 2009. Ad oggi, grazie al micrometeorite trovato in Calabria, abbiamo soltanto tre evidenze di questo materiale straordinario in natura, nello specifico in materiale extraterrestre. “La scoperta è importantissima non solo per le scienze mineralogiche e planetarie ma anche per la fisica e la chimica dello stato solido; essa dimostra ancora una volta che i quasicristalli possono formarsi spontaneamente in natura e, soprattutto, rimanere stabili per tempi geologici”, ha dichiarato il professor Giuseppe Mastronuzzi, Direttore del Dipartimento di Scienze della Terra e Geoambientali dell’Università di Bari.
La scoperta è anche motivo d'orgoglio per la ricerca scientifica spaziale nel Sud Italia: “Lo sviluppo delle Scienze Planetarie in Italia meridionale è un punto su cui abbiamo sempre creduto e questa scoperta dimostra come il contributo degli studi geologico-mineralogici siano essenziali per il progresso delle conoscenze sul nostro Sistema Solare”, ha evidenziato la professoressa Giovanna Agrosì. Come spiegato dalla dottoressa Paola Manzari dell’Unità di Coordinamento Ricerca e Alta Formazione (UCR) del Centro Spaziale di Matera dell’ASI, infatti, “la scoperta di questa lega anomala in una matrice condritica insieme alla presenza dei quasicristalli, apre nuovi scenari sulle origini del materiale originario da cui si è staccato il frammentino e fornisce nuovi elementi per comprendere i meccanismi di formazione del Sistema Solare”. I dettagli della ricerca “A naturally occurring Al-Cu-Fe-Si quasicrystal in a micrometeorite from southern Italy” sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Communications Earth & Environment del circuito Nature.
