Le peculiari caratteristiche della meccanica quantistica consentono di generare nello spazio effetti chimici altrimenti impossibili sulla Terra. In questo senso possiamo ben dire che lo spazio interstellare è un vero e proprio laboratorio quantistico per manipolare molecole organiche. Ma come avviene la produzione e la distruzione delle molecole? Dal momento che le temperature molto basse condizionano in negativo l’energia disponibile, si pensava che i processi chimici avvenissero con frequenze abbastanza basse.
Un nuovo studio, [link=http://www.nature.com/nchem/journal/v5/n9/full/nchem.1692.html]pubblicato[/link] su Nature Chermistry, dimostra che questa non è affatto una regola. Alcuni esperimenti condotti in laboratorio hanno, infatti, dimostrato che il radicale metossile ha un tasso di produzione 50 volte maggiore di quello che si registra a temperatura ambiente. A cosa è dovuta questa eccezionale prestazione? Al quantum tunnelling, naturalmente. L’effetto tunnel consente ad una particella di superare senza l’intervento di una causa esterna una barriera di potenziale anche se non ha l’energia sufficiente per farlo – cosa fantascientifica per la meccanica classica, pena la violazione della legge di conservazione dell’energia.
Benché le regole che governano i processi chimici nello spazio non siano affatto chiare, gli studiosi confidavano in una certezza: la chimica classica decreta senza riserve l’impossibilità della formazione e la distruzione di molecole di alcool nello spazio interstellare. Se consideriamo come non determinante l’unico fattore che potrebbe deporre in favore di queste reazioni, ossia i granelli di polveri che fanno da supporto fisico alle stesse reazioni e che permettono per questo che i diversi reagenti restino in contatto, le difficoltà sono numerose. Solo per citare quella più macroscopica, le condizioni di freddo quasi assoluto, con temperature che arrivano a -210 gradi Celsius, risultano proibitive per la maggior parte delle reazioni.
Lo scenario sembra cambiare già grazie ad alcune scoperte dell’anno scorso. Gli scienziati hanno individuato una molecola reattiva – il radicale metossile (CH3O-), un gruppo funzionale presente tipicamente negli alcool – la cui formazione non può essere spiegata solo con l’aiuto fornito dalle polveri. Inoltre, in passato, alcune sperimentazioni effettuate in laboratorio hanno mostrato che questi radicali non vengono prodotti quando un’intensa radiazione colpisce una miscela ghiacciata contenente metanolo, l’alcool più semplice (CH3OH), costituito da un gruppo metossile legato a un atomo di idrogeno, che è la molecola organica più abbondante nello spazio.
Come spiegare la presenza di questo elemento nello spazio? Ecco che interviene la meccanica quantistica e, in particolare, una delle sue peculiarità: la non assolutezza del limite imposto dal superamento dell’energia di attivazione della reazione. “Le reazioni chimiche diventano sempre più lente via via che la temperatura diminuisce: c’è sempre meno energia disponibile per superare la cosiddetta ‘barriera di attivazione’ della reazione”, ha spiegato Dwayne Heard, che ha coordinato il gruppo di ricerca. “La meccanica quantistica spiega che il sistema può ‘attraversare’ questa barriera per effetto tunnel”.
Come raccogliere evidenze in favore di questa ipotesi? In laboratorio sono state ricreate le condizioni che caratterizzano lo spazio profondo in modo da verificare, ad una temperatura di -210 gradi Celsius, le reazioni tra il metanolo e un agente chimico ossidante, il radicale ossidrile (OH). Gli scienziati hanno così scoperto che le due molecole reagiscono eccome, producendo radicali e che la velocità di reazione è, incredibilmente, 50 volte maggiore che a temperatura ambiente. Il motivo? Con ogni probabilità, nel primo stadio della reazione si forma un prodotto intermedio che sopravvive solo per il tempo strettamente necessario al verificarsi dell’effetto tunnel.
Se i risultati fossero confermati, cosa ne deriverebbe? Una radicale revisione dei tassi di formazione e di distruzione delle molecole complesse nello spazio, visto che, allo stato attuale delle nostre conoscenze, risultano molto sottostimati rispetto alle proiezioni su larga scala del “caso metossile”.
Fonte: http://www.cyberscienza.it/2013/07/08/il-caso-metossile-spazio-interstellare-o-laboratorio-quantistico/