Ci sono casi in natura in cui i misteri scientifici si possono osservare: i ricercatori sono in grado di identificarli, li studiano e ne parlano, eppure restano enigmi inspiegabili. È la storia ad esempio dei cosiddetti gas granulari. Si tratta di particelle che si trovano in piccole quantità sulla Terra sotto forma di minuscoli frammenti di materia dispersi nell’aria, e in abbondanza nello spazio come polvere interstellare e anelliplanetari. Il rompicapo di questa famiglia di gas – spiega Global Science – riguarda la loro temperatura, che aumenta nel momento in cui l’energia complessiva diminuisce. In pratica è come se fossimo in grado di riscaldare una pentola d’acqua mettendola in frigorifero invece che sul fuoco: un paradosso decisamente difficile da spiegare.
“Fin dalla scuola, ci insegnano che temperatura significa energia: più alta è la temperatura, maggiore è la quantità di energia. Quindi se un sistema perde energia, la sua temperatura deve scendere. Ma, sorprendentemente, per i gas granulari non funziona così” dice Nikolai Brilliantov dell’Università di Leicester, un matematico che da tempo cerca di risolvere questo mistero. E ora sembra esserci riuscito, insieme ai colleghi Arno Formella e Thorsten Pöschel: in uno studio appena pubblicato su Nature Communications, gli scienziati forniscono la prima spiegazione rigorosa del bizzarro comportamento dei gas granulari.
Da un punto di vista fisico, il concetto di ‘riscaldamento tramite raffreddamento’corrisponde a un indice di calore negativo. Brilliantov e colleghi hanno inserito questa variabile in un modello matematico basato sulle equazioni di Smoluchowski– formule messe a punto oltre un secolo fa per spiegare la concentrazione di particelle in un gas. Applicate alla temperatura, queste equazioni sono in grado di dimostrare da un punto di vista matematico l’esattezza del paradosso ‘caldo-freddo’ dei gas granulari. Insomma, per la prima volta i conti tornano: l’esistenza di questo sorprendente fenomeno è ora confermata anche da un punto di vista teorico. E così la matematica dei gas granulari ci aiuta a guardare con maggiore sicurezza al resto dell’universo, per meglio comprendere l’evoluzione della polvere interstellare e degli anelli planetari.
