Le velocissime fluttuazioni dell'acqua

Un gruppo di ricercatori del Max-Born-Institut di Berlino e dell'Università di Toronto è riuscito per la prima volta a osservare fluttuazioni ultraveloci nella struttura dell'acqua liquida grazie a nuovi metodi di spettroscopia vibrazionale. Secondo gli scienziati la memoria del reticolato fluttuante di legami idrogeno viene persa nel giro di 50 femtosecondi, più rapidamente che in ogni altro liquido. Un femtosecondo corrisponde a un milionesimo di miliardesimo di secondo.

L'acqua (H2O) è il liquido essenziale per la vita sulla Terra. Consente che si verifichino i processi biologici più importanti, agendo da solvente per le biomolecole o come fonte di protoni per il trasporto di carica. L'acqua liquida consiste in una rete disordinata di molecole, tenute insieme da legami chimici relativamente deboli. Questa rete è continuamente soggetta a fluttuazioni, tramite le quali le molecole d'acqua si riorientano e le loro interazioni cambiano. A seguito di queste fluttuazioni, i legami idrogeno vengono si rompono e si riformano in continuazione. Nonostante molte ricerche, la comprensione della dinamica strutturale dell'acqua - che evolve nel giro di pochi femtosecondi - era finora assai limitata.

Ora gli scienziati tedeschi e canadesi hanno usato un impulso laser con una durata di 70 fs e una lunghezza d'onda di 3 micron (medio infrarosso) per eccitare una pellicola d'acqua estremamente sottile (spessa 0,5 micron) e indurre una vibrazione molecolare locale. La molecola che vibra agisce come una sonda per studiare le fluttuazioni della rete che provocano cambiamenti nella frequenza e nella fase delle vibrazioni molecolari.

Grazie al metodo della spettroscopia in due dimensioni, questi cambiamenti sono stati osservati in tempo reale e hanno rivelato che, in seguito all'eccitazione della vibrazione molecolare, la struttura esistente dei legami idrogeno sparisce in circa 50 fs, un intervallo di tempo molto più breve rispetto alla durata dei legami stessi (vita media 1000 fs). La ragione di questo decadimento ultraveloce della struttura iniziale risiede nei cosiddetti moti librazionali dei legami idrogeno.

Autore: Massimo Bertolucci / Fonti: MAX-BORN-INSTITUT - University of Toronto