la fisica delle alte
pressioni:
dal cuore dei pianeti
ai nuovi materiali
sandro scandolo
ictp, trieste
Scandolo & Jeanloz, American Scientist (Novembre 2003) e Le Scienze (Agosto 2004)
Percy Bridgman (1882-1962), Premio Nobel per la Fisica 1946
Pressione max 100000 atm
Diamante
Grafite
1955:
I primi
diamanti
artificiali
General Electric press
CO2
Le simulazioni predicono che
forme superdure di CO2
possono essere prodotte da
CO2 molecolare (ghiaccio
secco), applicando pressioni
molto elevate
S. Serra, C. Cavazzoni, G. Chiarotti, S. Scandolo,
E. Tosatti, Science 284, 788 (1999)
SiO2
Struttura atomica molto
simile a quella del vetro
Generata comprimendo
ghiaccio secco (cristalli di
CO2 molecolare) a
pressioni di circa 50 GPa
Ritorna ghiaccio secco
se la pressione viene
rilasciata
Ha una “durezza”
paragonabile al vetro, ma
potrebbe resistere a
temperature molto piu’
alte
Diamanti
artificiali
Vetro superduro
The two-stage gas gun
(Livermore National Labs)
Cella a diamante
ihdy/dt = Hy
Los Alamos, 1944
S. Ulam
R. Feynman
J. Von Neumann
La teoria del funzionale densita’
Walter Kohn
Premio Nobel per la Chimica 1998
“per lo sviluppo della teoria del
funzionale densita’ “
L’energia di un sistema e’ un
funzionale unico E[r(x)] della
densita’ r(x)
H2O+CH4+NH3
Marvin Ross, “Diamonds in the sky”
Nature (1981)
Il metano pareva dissociare se
sottoposto ad onde d’urto molto intense
Il metano si trasforma in catene piu’ lunghe…
e forse in diamanti?
Metano compresso a un
milione di atmosfere
Metano compresso e
riscaldato a 4000 gradi
F. Ancilotto et al., Science 275, 1288 (1997)
BPM 37093:
una nana bianca
“spenta” trasformatasi
in un gigantesco
diamante!
Diametro: 4000 Km
Scoperta nel 2004
• A che profondita’ l’idrogeno diventa metallico?
• Quanto conduce l’idrogeno metallico?
E. Wigner and H.B. Huntington
“On the possibility of a metallic modification of hydrogen”
J. Chem. Phys. 3, 764 (1935)
Hemley and Mao, Rev Mod Phys
?
Il cuore di Giove in laboratorio
S. T. Weir, A. C. Mitchell, and W. J. Nellis,
"Metallization of Fluid Molecular Hydrogen,"
Physical Review Letters 76, 1860 (1996).
L’idrogeno metallico puo’ diventare superconduttore?
(calcoli teorici predicono di si’, con Tc~ temperatura ambiente!)
Saremo capaci di recuperarlo a pressione ambiente?
(in caso positivo, avremmo risolto il problema energetico del suo
immagazinamento)
La struttura interna della Terra
http://it.wikipedia.org
Quanto e’
caldo il centro
della Terra?
5400 oC
x 1000000000000000
Ferro
liquido
Ferro
solido
D. Stevenson, Nature 423, 239 (2003)
S. Scandolo and R. Jeanloz
Al centro dei pianeti
Le Scienze (Agosto 2004)
S. Scandolo and R. Jeanloz
The Centers of Planets
American Scientist 91, 516 (Nov-Dec 2003)
S. Scandolo, G.L. Chiarotti, E. Tosatti
Diamonds in the sky?
Physics World, October 2000, p. 31-36
[email protected]