Ecco il primo X al mondo

May 09, 2023

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Per decenni, la scienza è diventata sempre più brava a intravedere ciò che prima era invisibile, catturando il mondo microscopico degli atomi, gli elementi costitutivi di ogni cosa.

In un nuovo articolo, scienziati dell’Università dell’Ohio, dell’Argonne National Laboratory e dell’Università dell’Illinois-Chicago hanno sottoposto per la prima volta ai raggi X un singolo atomo.

Gli atomi sottoposti a raggi X aiuteranno gli scienziati a comprendere meglio i loro stati chimici, il che potrebbe portare a progressi nella medicina e nella tecnologia.

Gli atomi costituiscono tutto, quindi è logico che gli scienziati vogliano immaginarli in ogni modo immaginabile. Nel 2008, ad esempio, i fisici hanno fotografato un atomo di idrogeno utilizzando un microscopio elettronico. Nel 2013, gli scienziati hanno intravisto gli elettroni di un atomo utilizzando un microscopio quantistico. E nel 2018, uno studente dell’Università di Oxford ha persino ripreso un atomo utilizzando una fotocamera acquistata in negozio.

Ora, gli scienziati dell’Università dell’Ohio, dell’Argonne National Laboratory e dell’Università dell’Illinois-Chicago hanno passato ai raggi X il primo atomo. Si tratta di un progresso rivoluzionario, poiché la comprensione dell’atomo nella sua forma più minuscola potrebbe portare a progressi nelle scienze mediche e ambientali.

I raggi X sono adatti per studiare gli atomi, poiché la loro distribuzione della lunghezza d'onda imita la dimensione di un atomo. Ma prima di questa dimostrazione – pubblicata mercoledì sulla rivista Nature – i raggi X più piccoli possibili avevano solo la risoluzione necessaria a rendere le immagini nitide fino alla dimensione di un attogramma, o circa 10.000 atomi. A quel tempo, le emissioni di raggi X di un atomo erano considerate troppo deboli per essere rilevate. Ma tutto questo è cambiato.

"Gli atomi possono essere normalmente fotografati con microscopi a sonda a scansione, ma senza i raggi X non è possibile dire di cosa sono fatti", hanno detto in una nota l'Università dell'Ohio e l'autore principale dello studio Saw Wai Hla. "Ora possiamo rilevare esattamente il tipo di un particolare atomo, un atomo alla volta, e possiamo simultaneamente misurarne lo stato chimico."

Nella dimostrazione, Hla e il suo team hanno utilizzato un atomo di ferro (Fe) e un atomo di terbio (Tb), entrambi alloggiati in un ospite supramolecolare, e una tecnica complessa nota come microscopia a effetto tunnel a scansione di raggi X di sincrotrone (SX-STM). Questo processo funziona facendo scorrere una punta affilata su una superficie e generando un'immagine dalla punta (non diversamente dalla puntina di un disco che legge i solchi di un disco in vinile, osserva Ars Technica).

Sfruttando un fenomeno noto come “tunneling quantistico” – in cui le particelle quantistiche saltellano occasionalmente attraverso oggetti solidi – gli atomi del nucleo eccitato si tunnelano fino a questa punta, formando una sorta di impronta digitale elementare che identifica sia ogni singolo atomo presente sia i suoi stati chimici. Hla spiega:

"Abbiamo rilevato anche gli stati chimici dei singoli atomi. Confrontando gli stati chimici di un atomo di ferro e di un atomo di terbio all'interno dei rispettivi ospiti molecolari, scopriamo che l'atomo di terbio, un metallo delle terre rare, è piuttosto isolato e non cambiare il suo stato chimico, mentre l'atomo di ferro interagisce fortemente con l'ambiente circostante."

Comprendere gli atomi e i loro stati chimici nella loro forma più fondamentale consentirà agli scienziati di manipolare meglio i materiali, come i metalli delle terre rare presenti in quasi tutti i dispositivi elettronici, per renderli più efficienti.

Mentre gli scienziati continuano a trovare modi per immaginare il molto piccolo, scoprono contemporaneamente le grandissime implicazioni di queste scoperte che cambiano il mondo.

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