L'esperimento della goccia di pece: 97 anni di pura pazienza

L'esperimento della goccia di pece (in inglese pitch drop experiment) e il piu lungo esperimento di laboratorio mai realizzato e una delle dimostrazioni piu sorprendenti sulla viscosita e sugli stati della materia. Iniziato nel 1927 all'Universita del Queensland, in Australia, serve a provare un fatto controintuitivo: la pece, cioe il bitume che a temperatura ambiente sembra un solido durissimo e fragile, e in realta un fluido che scorre, solo in modo lentissimo. Per cogliere una singola goccia che cade serve circa un decennio di attesa, ed e proprio questa pazienza estrema a renderlo un'icona della scienza.

Come e nato l'esperimento nel 1927

L'esperimento fu ideato da Thomas Parnell, primo professore di fisica dell'Universita del Queensland a Brisbane. Parnell voleva mostrare ai propri studenti che alcune sostanze apparentemente solide sono in realta fluidi ad altissima viscosita. Nel 1927 riscaldo un campione di pece e lo verso in un imbuto di vetro sigillato, lasciandolo assestare per tre anni. Solo nel 1930 il collo dell'imbuto venne tagliato, permettendo alla pece di iniziare a colare goccia dopo goccia.

Il risultato e un flusso talmente lento da sfidare la percezione umana. Secondo l'Universita del Queensland, la pece utilizzata e circa 100 miliardi di volte piu viscosa dell'acqua. Per questo motivo l'apparato detiene il Guinness World Record come esperimento di laboratorio piu longevo ancora in funzione.

Solo nove gocce in quasi un secolo

Dal momento in cui il flusso e iniziato, nel 1930, sono cadute pochissime gocce. Ecco la cronologia delle cadute documentate dall'ateneo australiano:

• Ogni goccia impiega in media circa un decennio per formarsi e staccarsi.
• Al 2014 erano cadute in tutto nove gocce.
• La nona goccia tocco l'ottava il 24 aprile 2014, e fu quindi considerata caduta.
• La decima goccia e attesa per gli anni Venti di questo secolo.

Il ritmo dipende anche dalla temperatura ambiente: con il caldo la pece si ammorbidisce e scorre piu in fretta, con il freddo rallenta. L'introduzione dell'aria condizionata nella stanza, in anni recenti, ha ulteriormente allungato i tempi di formazione delle gocce.

Nessuno aveva mai visto cadere una goccia (fino al 2013)

Per quasi un secolo, il paradosso piu affascinante e stato questo: nonostante decine di gocce complessive nei vari laboratori del mondo, nessuno aveva mai assistito dal vivo al momento esatto della caduta. Tra il 1961 e il 2013 il custode dell'esperimento del Queensland fu il professor John Mainstone, che lo segui per oltre cinquant'anni senza mai riuscire a vedere una goccia staccarsi: in un'occasione, nel 1988, si allontano per pochi minuti e proprio in quel momento la goccia cadde.

La svolta arrivo altrove. Al Trinity College di Dublino, dove un esperimento gemello e in corso dal 1944, una webcam riprese finalmente l'evento: l'11 luglio 2013 una goccia di pece fu filmata mentre cadeva, per la prima volta nella storia. La notizia fece il giro del mondo e l'articolo dedicato dalla rivista Nature divenne uno dei contenuti piu letti dell'anno sul suo sito.

"Ne sono rimasto stupito. Era la prima volta che questo fenomeno veniva mai osservato!", commento il fisico Shane Bergin del Trinity College, che organizzo la trasmissione online dell'evento.

I ricercatori di Dublino, tra cui Denis Weaire e Stefan Hutzler con David Whyte, calcolarono per la loro pece una viscosita di circa 2 x 10⁷ pascal per secondo, all'incirca due milioni di volte quella del miele.

Viscosita e stati della materia: la lezione di fondo

Cosa ci insegna tutto questo? Che la distinzione tra solido e liquido non e cosi netta come sembra. La viscosita misura la resistenza di un fluido allo scorrimento: l'acqua ha viscosita bassissima, il miele molto piu alta, la pece talmente elevata da apparire solida nei tempi della percezione umana. Eppure, dato tempo sufficiente, la pece scorre come qualunque altro liquido.

La pece appartiene alla categoria dei materiali amorfi e si comporta come un fluido viscoelastico: e fragile sotto un colpo improvviso (si puo frantumare con un martello), ma cede e fluisce sotto l'azione costante della gravita su scale di tempo lunghissime. E un perfetto esempio di come il comportamento della materia dipenda dalla scala temporale con cui la osserviamo.

Per avere un termine di paragone concreto: se l'acqua scorre in una frazione di secondo e il miele impiega qualche minuto a colare da un cucchiaio, alla pece servono anni interi per formare una sola goccia. La differenza non e di natura, ma soltanto di grado: tutte e tre le sostanze sono liquidi, semplicemente con una resistenza allo scorrimento enormemente diversa. Per questo l'esperimento e usato ancora oggi nelle aule come dimostrazione vivente che le etichette "solido" e "liquido" sono spesso piu sfumate di quanto immaginiamo.

L'Ig Nobel e l'eredita di un esperimento eterno

Il valore quasi poetico dell'esperimento e stato riconosciuto anche con ironia: nel 2005 Thomas Parnell e John Mainstone ricevettero l'Ig Nobel per la fisica, il premio che celebra le ricerche che "prima fanno ridere e poi fanno pensare". Mainstone mori nel 2013, poco dopo che la goccia di Dublino era stata finalmente filmata, senza essere riuscito a vederne cadere una di persona.

Oggi l'esperimento prosegue, ripreso da webcam che chiunque puo seguire, in attesa della decima goccia. E la dimostrazione che, in scienza, la pazienza e uno strumento tanto potente quanto qualsiasi formula: alcune verita si rivelano solo a chi sa aspettare decenni. Per approfondire la storia completa si possono consultare la pagina ufficiale dell'Universita del Queensland e la voce Esperimento della goccia di pece su Wikipedia.