Gli atomi di Lucrezio sono sempre più visibili dall'occhio artificiale

Per Lucrezio, i “primordia rerum”, cioè i principi alla base della realtà naturale che sono gli atomi, erano un fondamento logico che permetteva di interpretare compiutamente il mondo fisico, e contemporaneamente di eliminare superstizioni e paure dalla mente dell’uomo. Millenni dopo, e decenni dopo i miei studi universitari, siamo arrivati ad un tale livello di perfezionamento tecnico che, grazie alla spettroscopia a forza atomica, o a tecniche ancora più avanzate come la pticografia elettronica, possiamo ottenere immagini dei singoli atomi e del modo in cui essi sono legati fra loro – la forma dei famosi “concilia”, il modo in cui Lucrezio chiamava i raggruppamenti di atomi che oggi conosciamo come molecole, sono letteralmente sotto i nostri occhi. Man mano che questi risultati sono stati documentati nella letteratura scientifica, le lineette e i simboli delle formule che avevo trovato nei miei libri sono diventati un’immagine fisica della realtà; e, nonostante si avesse già la prova del fatto che le cose dovessero stare così, il senso di meravigliato stupore nell’osservare la forma delle molecole che trovavo descritta dal solo inchiostro sulle mie pagine universitarie diventare un’immagine della realtà fisica, è una delle cose per cui sono grato di essere vissuto in questa, e non in altre epoche.

Vedere le immagini fisiche di policicli aromatici, distinguere nelle immagini ottenute legami singoli da legami doppi e via proseguendo, rappresenta l’estremo opposto a quello cui siamo giunti con il Webb Space Telescope: puntando i nostri strumenti nelle profondità dello spazio, osserviamo oggetti lontanissimi e giganteschi, all’inizio del tempo, e guardando alle immagini ottenute con le tecniche sopraddette arriviamo alla struttura minutissima della realtà, qui e ora. Ebbene, un nuovo lavoro ha ampliato la nostra vista a risoluzione molecolare: non più solo la forma delle molecole, ma la loro stessa natura chimica può essere catturata nelle immagini ottenute combinando la microscopia a effetto tunnel con una sorgente di luce di sincrotrone a raggi X, un gruppo di scienziati è riuscito ad ottenere immagini di atomi singoli differenziando non solo la loro forma, ma anche la loro natura chimica. Cerco di spiegare in breve questo cosa significa.

Nelle formule chimiche cui siamo abituati, i legami chimici fra atomi sono rappresentati da trattini, mentre la natura degli atomi legati è rappresentata dal loro simbolo atomico (per esempio, H per idrogeno e O per ossigeno nella formula dell’acqua). Fino ad oggi, con le stupefacenti tecniche di cui sopra abbiamo ottenuto immagini della forma delle molecole: pallini, corrispondenti agli atomi, uniti fra loro da zone più allungate e sottili, corrispondenti ai legami chimici, a disegnare una struttura precisa. Quali atomi fossero legati fra loro però non era possibile desumerlo dalle immagini ottenute: l’immagine di una molecola di tre atomi uniti fra loro poteva essere acqua (due idrogeni e un ossigeno), oppure per esempio ozono (tre atomi di ossigeno). Ebbene, sfruttando il fatto che ciascun tipo di atomo, quando illuminato dai raggi X della luce di sincrotrone utilizzata, dà un tipo di segnale diverso, e illuminando con tale sorgente il campione in esame man mano che se ne rileva con le solite tecniche la disposizione degli atomi nella struttura molecolare, un atomo alla volta, i ricercatori nel loro lavoro dimostrano come sia possibile ricostruire insieme la posizione degli atomi, i loro legami e la natura chimica di ciascuno di essi.

Con questo passaggio, davvero quelle aride formulette sulle pagine dei nostri libri di teso sono diventate visibili in una singola immagine “dal vero”: ogni atomo può essere colorato diversamente, a seconda del tipo, proprio come si faceva in precedenza quando le molecole si disegnavano al calcolatore, così che non vi sia più separazione tra il modo con cui abbiamo rappresentato fino ad oggi ogni struttura chimica, e l’immagine diretta che ne possiamo ottenere a partire da un campione fisico. Chi non apprezza direttamente la bellezza di tale risultato scientifico da un punto di vista meramente intellettuale, rimarrà forse comunque soddisfatto nel sapere che tale traguardo è estremamente interessante anche dal punto di vista applicativo. Immaginate, infatti, di dover determinare quale sia la natura di un principio attivo di origine naturale, che si è dimostrato per esempio utile per combattere un batterio resistente agli antibiotici disponibili. Questo passaggio è indispensabile, perché per produrre su larga scala e con la purezza necessaria un nuovo farmaco, è necessario innanzitutto conoscerne precisamente la struttura chimica, e quindi ideare una procedura sintetica opportuna per ottenere il prodotto desiderato.

Il primo di questi passaggi oggi si compie mediante tecniche spettroscopiche di varia natura, ovvero ricostruendo la formula chimica desiderata da un insieme di proprietà chimico fisiche che il composto sotto esame possiede. In futuro, se i nuovi risultati diventeranno di larga applicabilità, non ve ne sarà più bisogno: analogamente al modo in cui scattiamo una foto per ottenere l’immagine dettagliata di un oggetto macroscopico, cattureremo un’immagine diretta di ciò che ci interessa, senza bisogno d’altro. La nostra vista artificiale, per la prima volta, coglie la forma e la natura di atomi e di intere molecole; e chissà cosa avrebbe pensato Lucrezio, quando avesse potuto registrare con gli occhi (il metodo prediletto dagli epicurei) che la realtà delle cose era proprio quella che egli e tutti i seguaci di Epicuro anticiparono, millenni fa.