Che caldo inizia a fare! Nonostante tutto rientri nell’ordinario, e in improbabili telegiornali dei bioclimatologi si stiano strappando i capelli, è comunque interessante riflettere sul fatto che piccole variazioni di energia sono responsabili di grandissimi cambiamenti.
A Milano – da dove vi scrivo – fa decisamente caldo, ma non così caldo come a pochi Km da noi. In quel di Ginevra, gli amici che gestiscono l’LHC (il Large Hadron Collider, l’enorme acceleratore di particelle nascosto sotto le montagne) si stanno dando da fare per scaldare il più possibile degli atomi di piombo, per capire come si comporta la materia ad energie un po’ superiori a quelle che siamo abituati a sperimentare abitualmente.
Ma quanto superiori? Di poco: intorno a quindicimila miliardi di gradi. A queste temperature, nemmeno i gluoni (le particelle che veicolano la forza forte, la forza fondamentale più forte – appunto – in natura) riescono a tenere assieme i quark che compongono protoni e neutroni, e la materia assume la forma di una “pappa” dall’enigmatico nome di “quark-gluon plasma”.
Proprio lì, o là (a seconda di dove state guardando): a poche risibili centinaia di Km da voi.

Eventi registrati durante un esperimento.

Ma andiamo con ordine: gli atomi che compongono la materia si comportano diversamente in base all’energia che possiedono. La temperatura di un oggetto è una valutazione media e grossolana dell’energia cinetica (e quindi del “movimento”) posseduta dalle sue particelle. Dico media perchè prese tutte le particelle di un oggetto (un bicchiere d’acqua, una matita, la zia Assunta), l’energia cinetica non sarà uguale per tutte queste particelle; la temperatura media, allora, descriverà in modo abbastanza adeguato lo stato energetico “medio” del nostro oggetto.
Ebbene, se energia cinetica significa “energia associata al movimento”, al moto esiste un chiaro limite inferiore: l’assenza di moto. L’assenza di moto di tutte le particelle si verifica a una temperatura molto bassa, sotto la quale – per forza – non si può scendere: il cosiddetto Zero Assoluto (quasi -273.15 °C). Per come è fatto il nostro Universo, in realtà vi sto dicendo (volontariamente) una bugia: a nessuna temperatura le vibrazioni degli atomi o delle molecole si fermano mai, ma la cosa è così curiosa che merita un approfondimento tutto per sè: tenete le orecchie dritte su OMG!S!

Comunque, appena si fornisce energia a un oggetto, immediatamente gli atomi che lo compongono iniziano a muoversi e a vibrare. Alcuni elementi – soprattutto quelli più leggeri della tavola periodica – sono poco propensi a rimanere allo stato solido: ecco che elio e idrogeno, a pochi gradi Kelvin, li ritroviamo già allo stato liquido, per passare allo stato gassoso con un altro minimo incremento di temperatura. In realtà, molti elementi preferiscono rimanere allo stato solido, e alla temperatura alla quale viviamo, troviamo allo stato gassoso solo pochi outstander, come azoto, ossigeno, cloro, e allo stato liquido bromo e mercurio. Il comportamento di questi elementi è da ricercarsi nella forza elettromagnetica che detta le regole dei legami chimici, e dipende in buona sostanza da come gli elettroni riempiono i “posti a sedere” attorno al nucleo degli atomi stessi.

All’aumentare della temperatura, però, non c’è forza che tenga: i movimenti diventano così frenetici da convincere anche il più smaliziato degli elementi a fondere (cioè a passare alla fase liquida) per poi andare incontro ad ebollizione (passare cioè alla fase gassosa). Questo per gli elementi o le molecole che non decidono, a pressione ordinaria, di non passare direttamente dallo stato solido a quello gassoso (un processo che si chiama sublimazione).
Sarà finita qui, direte voi. E invece no: continuando a fornire energia, si iniziano letteralmente a strappare gli elettroni dagli atomi, in un processo che si chiama ionizzazione. Non è una cosa tanto incredibile: succede tutte le volte che accendete una lampada al neon. Continuando a strappare elettroni, non ne rimangono più attorno ai nuclei atomici: si arriva a uno stadio della materia che si chiama plasma, un miscuglio di nuclei atomici ed elettroni liberi, ad altissima temperatura. Per godere di un esempio esaustivo, uscite per strada un una bella giornata limpida e (solo per qualche attimo) gettate un’occhiata distratta ad una enorme palla di plasma che illumina la nostra vita tutti i giorni: il Sole.
Sul Sole, però, non farà mai caldo come all’interno dell’LHC…

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