Nobel: macchinine e fogli di gomma

I premi Nobel per chimica e fisica sono sempre più difficili da comprendere. Ormai persino le metafore per descriverne il contenuto o le motivazioni dell’accademia di Svezia risultano abbastanza criptiche. Eppure si tratta di ricerche tutt’altro che astratte, almeno nelle promesse di futuri sviluppi applicativi, per cui vale la pena dare un occhiata in più a questi risultati  apparentemente lontani dalla realtà.

Iniziamo dal premio per la chimica assegnato a Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa per “la progettazione e la sintesi di macchinari molecolari”. Ovviamente non dobbiamo immaginarci un motorino davvero piccolo che fa il pieno con una goccia di benzina. Le dimensioni sono molto inferiori.

Bisogna pensare a molecole progettate per assumere una forma (anelli, assi, ‘ruote’) e delle proprietà che permettano di legarle insieme e farle muovere una rispetto a l’altra, applicando energia tramite una differenza di potenziale (come nelle pile) o esponendole alla luce. Detto così il risultato sembra modesto ma il minuscolo movimento indotto può spostare un peso anche mille volte maggiore di quello della ‘macchinina’.

Ancora più arduo da spiegare il contributo alla fisica apportato da David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane e J. Michael Kosterlitz, premiati “per le loro scoperte teoriche sulle transizioni topologiche di fase e le fasi topologiche della materia”. A dispetto dei termini, i ratti non centrano nulla e nemmeno le strisce a fumetti Disney.

Prima di tutto, che cos’è la topologia? Si tratta di una branca della matematica che descrive le proprietà che restano costanti quando le figure sono sottoposte a deformazioni che non prevedono strappi o cuciture. Spesso viene indicata come matematica del foglio di gomma, che può essere stirato o compresso mantenendo le sue caratteristiche. In topologia quello che conta è il numero di “buchi” di una figura, perché non è possibile modificarlo senza tagliare o incollare le figure.

Per dire cosa centra la topologia con la fisica della materia dobbiamo porci un’altra domanda: che cosa succede quando fa freddo? Siamo abituati a credere che mentre noi battiamo i denti la materia diventi sempre più immobile, tanto che l’acqua da liquida diventa solido ghiaccio (transizione di fase). Invece a bassissime temperature (-273 °C) si formano fluidi che scorrono senza attrito o materiali che conducono la corrente senza resistenza grazie a affetti quantistici. Le transizioni di fase verso questi stati eccezionali della materia sono descritte proprio grazie alla topologia.

I risultati ci dicono che in generale gli aspetti più astratti di una disciplina, (la meccanica delle molecole e la matematica delle particelle, per così dire) possono poi rivelarsi chiavi di lettura indispensabili per arrivare ad applicazioni futuristiche come i PC quantistici o le nano tecnologie. La ricerca di base, per quanto sembri allontanarsi dalla quotidianità, ci offre sempre uno strumento profondo per capire e migliorare il mondo che ci circonda.

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