Siamo abituati a pensare al vetro come a un materiale fragile e comune, ma per la fisica esso rappresenta uno dei più grandi enigmi ancora aperti. Mentre in un cristallo gli atomi sono disposti con ordine geometrico, nel vetro regna il caos. Questo disordine genera proprietà uniche, specialmente vicino allo zero assoluto, dove i vetri si comportano in modo profondamente diverso dai cristalli. Uno studio condotto dal Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento in collaborazione con l'European Synchrotron Radiation Facility (Esrf) di Grenoble e altri centri di ricerca europei, getta nuova luce su questo mistero. Il gruppo di lavoro ha analizzato i cosiddetti vetri ultra-stabili, materiali prodotti con tecniche avanzate che li rendono candidati ideali per il titolo di "vetro perfetto".

La prima autrice dell’articolo pubblicato su Physical Review X è Irene Festi, che ha lavorato al progetto per la sua tesi di dottorato al Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento. Giacomo Baldi, professore di Fisica sperimentale della materia e responsabile del laboratorio di struttura e dinamica dei sistemi complessi presso lo stesso Dipartimento di UniTrento è il coordinatore scientifico dello studio. Negli ultimi anni l’attenzione della ricerca si è concentrata su questo tipo di materiale, ottenuto da molecole organiche oggi impiegate in varie applicazioni, dalle pastiglie farmaceutiche agli Oled dei televisori. A differenza dei vetri tradizionali, prodotti raffreddando rapidamente un liquido fuso, quelli ultra-stabili sono costruiti "molecola dopo molecola" depositando vapori su una superficie a temperatura controllata. Il risultato è un materiale più denso, stabile e termicamente simile a un cristallo. A bassa temperatura, i cristalli si comportano in modo prevedibile: gli atomi possono solo vibrare attorno alla loro posizione di equilibrio. Nei vetri, oltre alle vibrazioni, possono avvenire minuscoli riassestamenti atomici, piccoli “salti” da una configurazione all’altra. La domanda centrale dello studio era: se un vetro ultra-stabile imita un cristallo dal punto di vista termico, anche le sue vibrazioni microscopiche cambiano? La ricerca ha indagato se questa somiglianza termica dipendesse da una diversa vibrazione degli atomi. Il risultato è sorprendente, come racconta Giacomo Baldi: «Nonostante le proprietà termiche diverse, le vibrazioni di base (onde sonore) tra un vetro normale e uno ultra-stabile rimangono pressoché identiche. Questo smentisce anni di simulazioni al computer e suggerisce che il disordine vibrazionale sia più "robusto" di quanto pensato».