Ottobre 5, 2022

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Creazione dell’Ice Planet Diamond – wissenschaft.de

Formare pietre preziose come in Urano e Nettuno: i ricercatori hanno confermato la presenza di docce di diamanti nei pianeti ghiacciati attraverso esperimenti “appariscenti”, dimostrando allo stesso tempo una nuova possibilità di produrre nano-diamanti per la tecnologia. Apparentemente, una semplice bottiglia di plastica può servire come materia prima, perché contiene l’elemento ossigeno, che, secondo i risultati del test, stimola la formazione di diamanti esotici.

Enorme, ghiacciato e misterioso: cosa succede all’interno di pianeti ghiacciati come Nettuno e Urano, che si pensa siano molto comuni nell’universo? È chiaro che all’interno prevalgono condizioni estreme: la pressione è un milione di volte maggiore di quella dell’atmosfera terrestre, e mentre gli strati esterni sono gelidi, nelle profondità prevalgono temperature di diverse migliaia di gradi Celsius. Da qualche tempo i ricercatori stanno conducendo esperimenti per indagare sui processi che può innescare nella materia ricca di idrocarburi all’interno dei mondi alieni. Per fare ciò, gli scienziati guidati da Dominic Krause di Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf hanno creato condizioni in laboratorio simili a quelle che si trovano nei pianeti ghiacciati. Per fare ciò, sparano potenti lampi laser su campioni di materiale, riscaldandoli fino a 6000 gradi Celsius per millisecondi. Questo crea anche un’onda d’urto che comprime il materiale a milioni di volte la pressione atmosferica.

“Finora, abbiamo eseguito tali test con chip a base di idrocarburi”, afferma Krause. “Siamo già stati in grado di determinare che piccoli diamanti, i cosiddetti nanodiamanti, si formano sotto pressione estrema”. Ma fino ad ora i ricercatori non hanno studiato il ruolo di un elemento che, oltre al carbonio e all’idrogeno, si trova spesso anche all’interno dei pianeti ghiacciati: l’ossigeno. Un materiale dall’aspetto sorprendentemente sbarazzino si è offerto per rispondere a questa domanda: PET – la plastica con cui sono fatte le bottiglie di plastica. “Il PET contiene una buona proporzione di carbonio, idrogeno e ossigeno per simulare ciò che accade nei pianeti ghiacciati”, spiega Krause.

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L’ossigeno favorisce la formazione del diamante

Il team ha condotto i test presso lo SLAC National Accelerator Laboratory in California. Oltre alla possibilità di generazione di onde di pressione, fornisce anche la tecnica di analisi corrispondente: uno speciale laser a raggi X può essere utilizzato per esaminare cosa accade quando intensi lampi laser colpiscono la pellicola di PET. In termini concreti, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare la diffrazione dei raggi X per determinare se i nanodiamanti si sono formati e la cosiddetta dispersione del piccolo angolo ha mostrato quanto velocemente stavano crescendo. È stato dimostrato che l’ossigeno migliora la formazione del diamante: “Grazie al suo effetto, l’ossigeno ha accelerato la separazione del carbonio e dell’idrogeno e quindi ha incoraggiato la formazione di nanodiamanti”, afferma Krause. “Ciò ha permesso agli atomi di carbonio di combinarsi meglio e formare diamanti”.

Secondo gli scienziati, le prove dell’effetto positivo dell’ossigeno supportano l’ipotesi che piova letteralmente diamanti all’interno dei giganti di ghiaccio. Ma su Nettuno e Urano, sono probabilmente molto più grandi dei nanodiamanti prodotti negli esperimenti, alcuni raggiungono anche milioni di carati. Gli scienziati sottolineano che questo vale non solo per i pianeti ghiacciati del nostro sistema solare, ma anche per molti altri pianeti nell’universo. Dallo studio dei pianeti attorno a stelle lontane, è ormai chiaro che questa categoria è molto comune.

nuovo processo produttivo

Come riportato dai ricercatori, si sono imbattuti in un altro aspetto interessante: si presume che la superacqua ionica si formi con il diamante: “Gli atomi di ossigeno formano un reticolo cristallino in cui i nuclei di idrogeno si muovono liberamente”, spiega Krause. Poiché i nuclei sono caricati elettricamente, l’acqua superionica può condurre correnti elettriche e quindi contribuire alla formazione del campo magnetico dei giganti di ghiaccio. In ulteriori esperimenti, il team spera di poter dimostrare chiaramente l’esistenza di questa strana forma di acqua mista a diamanti.

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Oltre ai risultati fondamentali della ricerca planetaria, Krause e colleghi sottolineano che il loro lavoro potrebbe anche far avanzare un potenziale pratico: sta emergendo una nuova possibilità per la produzione di diamanti di dimensioni nanometriche. Sono già utilizzati negli agenti di levigatura e lucidatura e sono considerati elementi promettenti in vari settori tecnici di applicazione. “Finora, i nanodiamanti sono stati realizzati facendo esplodere il carbonio con esplosivi”, spiega Benjamin Ofori Okai dello SLAC National Accelerator Laboratory. “Tuttavia, questo produce nanodiamanti di varie dimensioni e forme difficili da controllare”. Con l’aiuto del loro processo, può essere reso più accurato e più pulito in futuro. “Perché con i laser a raggi X, disponiamo di uno strumento da laboratorio con il quale possiamo controllare con precisione la crescita delle dimensioni del diamante”, afferma Krause.

Fonte: Helmholtz Dresden Rosendorf Center, SLAC National Accelerator Laboratory, articolo specializzato: Science Advance, doi: 10.1126/sciadv.abo0617