Attraverso l’intelligenza artificiale, un gruppo di ricercatori è riuscito a confermare l’esistenza di un nuovo stato della materia, in cui gli atomi di potassio mostrano le proprietà di una spugna fatta di acqua che sgocciola: tradotto, solido-liquido nello stesso momento.

Gli atomi di potassio mostrano le proprietà di un solido e, allo stesso tempo, di un liquido: se fosse possibile “estrarre” un pezzo di questo materiale avremmo a che fare con un blocco solido che perde potassio fuso, che si dissolve poi completamente.

“Sarebbe come una spugna piena d’acqua che inizia a sgocciolare, ma anche la spugna è fatta d’acqua”.

– spiega Andreas Hermann, fisico della materia condensata all’Università di Edimburgo , nonché coautore della ricerca.

Solido-liquido, un insolito stato

Questo stato della materia, decisamente insolito, potrebbe esistere in condizioni che si verificano per esempio nel mantello terrestre, anche se l’elemento non si trova in una forma pura e – solitamente – è legato ad altri materiali. Studiare e analizzare queste condizioni, attraverso le simulazioni, potrebbe aiutare a studiare i comportamenti di altri minerali in ambienti così estremi.

“In qualche modo questi atomi di potassio decidono di dividersi in due sotto-reticoli collegati liberamente”
– dice ancora il professor Hermann.
Quando gli scienziati hanno aumentato la temperatura hanno potuto osservare ai raggi X che le quattro catene scompaiono:  a questo punto i ricercatori hanno effettuato delle simulazioni con la rete neurale, una “macchina dotata di intelligenza artificiale che impara a prevedere il comportamento sulla base degli esempi precedenti”.
In questo caso, la rete neurale è stata calibrata su piccoli gruppi di atomi di potassio, ed ha appreso i principi della meccanica quantistica al punto da poter simulare un gruppo contenente decine di migliaia di atomi: i modelli che ne sono scaturiti hanno confermato che, con una pressione compresa tra circa 20.000 e 40.000 volte quella atmosferica e una temperatura tra 400 e 800 gradi Kelvin (tra 126,85 e 526,85 gradi centigradi), il potassio entra in una stato chiamato a fusione di catena, dove le catene si sciolgono nello stato liquido mentre gli altri cristalli di potassio restano allo stato solido. E’ la prima volta che la scienza è riuscita a dimostrare che questo stato è termodinamicamente stabile per qualsiasi elemento.

“La tecnica di apprendimento automatico sviluppata dal team potrebbe essere utile per descrivere il comportamento di altre sostanze. La maggior parte della materia nell’universo è ad alta pressione e temperatura, come avviene per esempio all’interno dei pianeti e delle stelle”

– spiega Marius Millot, studioso dei materiali in condizioni estreme presso il Lawrence Livermore National Laboratory.

Per approfondire:

[1] “On the chain-melted phase of matter” – Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

[2] “Confermato nuovo stato della materia: solido e liquido insieme” – National Geographic Italia