I ricercatori delle Università della British Columbia e di Kanazawa, in collaborazione con i centri RIKEN, hanno creato laboratori ultrafreddi ed impiegato avanzate apparecchiature per confermare questo stato quantistico.
Da tempo si presume che a temperature estremamente basse l’idrogeno molecolare (H₂) possa manifestare superfluidità, uno stato peculiare della materia a viscosità nulla e con proprietà fondamentalmente distinte da quelle dei liquidi ordinari. Nonostante diverse evidenze sperimentali, l’argomento continua ad essere oggetto di dibattito.
Un team internazionale guidato da chimici dell’Università della British Columbia (UBC) ha condotto uno studio che dimostra come nanocluster d’idrogeno a basse temperature mostrino superfluidità, un fenomeno finora notato solo nell’elio.
I nanocluster sono aggregati di atomi o molecole, composti da poche decine fino a centinaia di unità. Con un diametro compreso tra 2 e 100 nanometri, sono più piccoli di un virus e possono presentare proprietà insolite, come variazioni di colore o un’elevata conducibilità elettrica.
Il professor Takamasa Momose, esperto di molecole ultrafredde presso l’UBC ed autore principale dell’indagine, ha spiegato come il risultato aumenti la comprensione dei fluidi quantistici e potrebbe ispirare soluzioni più efficienti per lo stoccaggio e il trasporto dell’idrogeno destinato all’energia pulita.
Nel 1936, si scoprì che gli atomi di elio scorrevano attraverso canali molto stretti senza attrito, né viscosità.
Nel 1972, il fisico e premio Nobel russo Vitalij Lazarevič Ginzburg predisse che anche l’idrogeno liquido potesse essere un superfluido, ma fino ad ora non erano state ottenute osservazioni dirette in grado di confermarlo.
L’idrogeno è tipicamente impossibile da studiare in forma liquida, poiché solidifica a -259 °C (-434 °F). Tuttavia, confinando piccoli cluster di molecole d’idrogeno all’interno di nanogoccioline di elio a -272,25 °C (0,4 K), il Dr. Momose, insieme ai colleghi del RIKEN (centro di ricerca giapponese in chimica e fisica) e dell’Università di Kanazawa, sono riusciti a mantenerlo in forma liquida anche a temperature estremamente basse.
Successivamente, gli scienziati hanno incorporato una molecola di metano all’interno del cluster d’idrogeno e l’hanno fatta ruotare mediante impulsi laser affinché agisse da indicatore. Quando un numero sufficiente di molecole d’idrogeno (tra 15 e 20) è stato aggregato in un cluster, il metano ruotava senza resistenza, indicando il comportamento superfluido dell’idrogeno.
L’analisi delle transizioni infrarosse del metano è stata condotta usando la spettroscopia ad alta risoluzione.
Un traguardo significativo che ha emozionato i ricercatori, soprattutto dopo aver verificato che i dati teorici corrispondevano a quelli sperimentali, come raccontato dalla dottoressa Hatsuki Otani che ha realizzato il test durante il suo dottorato in chimica presso UBC.
Prospettive
L’idrogeno viene utilizzato nelle celle a combustibile che rilasciano solo acqua come sottoprodotto. Tuttavia, le sfide legate alla produzione ed alla distribuzione ne hanno limitato lo sviluppo infrastrutturale come risorsa pulita. Il flusso privo di attrito dell’idrogeno superfluido potrebbe essere alla base di nuove tecnologie per un trasporto e uno stoccaggio maggiormente efficaci ed economici in futuro.
Focus
La superfluidità rende l’idrogeno meno esplosivo? No.
L’idrogeno diventa superfluido solo a temperature prossime allo zero assoluto (circa 0,4 K, pari a -272,75 °C), condizioni in cui le reazioni chimiche, inclusa la combustione, sono fortemente inibite per insufficienza di energia termica.
La ricerca è stata pubblicata il 21 febbraio 2025 su Science Advances.
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Immagini: Dr. Susumu Kuma, RIKEN – Chie Nakayama, University of British Columbia
L’idrogeno è l’unica risorsa veramente green, le batterie sono una TRUFFA e sono più velenose della benzina. Basterebbe documentarsi.