Un’equazione rivoluzionaria sembrerebbe essere la chiave per un problema scientifico che attanaglia da 100 anni: nanoparticelle nell’aria. Ma andiamo con ordine.
Un team di ricercatori dell’Università di Warwick ha sviluppato un nuovo metodo matematico in grado di prevedere con precisione il comportamento nell’aria delle nanoparticelle dalla forma irregolare. Si tratta di un avanzamento significativo nello studio dell’inquinamento atmosferico, dal momento che queste particelle rappresentano una delle componenti più critiche – e finora più difficili da modellare – degli aerosol.
La novità sta nel fatto che il metodo è allo stesso tempo semplice e predittivo: consente di calcolare il movimento delle particelle senza ricorrere a simulazioni estremamente complesse o a parametri empirici adattati caso per caso.
Nanoparticelle: un problema invisibile ma quotidiano
Ogni giorno l’essere umano inala milioni di particelle microscopiche, tra cui fuliggine, polveri sottili, polline, microplastiche, virus e nanoparticelle artificiali. Le più piccole sono in grado di penetrare profondamente nei polmoni e, in alcuni casi, di entrare direttamente nel flusso sanguigno.
Numerosi studi hanno già collegato l’esposizione cronica a queste particelle a gravi patologie, come malattie cardiovascolari, ictus e tumori. Comprendere come si muovono e si depositano nell’aria non è quindi solo una questione teorica, ma un passaggio cruciale per la salute pubblica.
Il limite storico dei modelli tradizionali
Il problema è che la maggior parte dei modelli matematici utilizzati finora assume che le particelle siano sfere perfette. Una semplificazione utile dal punto di vista computazionale, ma poco realistica: nella realtà, le particelle aerodisperse hanno forme irregolari, spigolose o appiattite.
Questa discrepanza ha sempre limitato la capacità di prevedere il comportamento reale degli aerosol, soprattutto quelli potenzialmente più pericolosi.
Recuperare un’idea del 1910 per risolvere un problema moderno
La svolta arriva da una rilettura critica di uno strumento storico della fisica degli aerosol: il fattore di correzione di Cunningham, introdotto nel 1910 per descrivere il comportamento aerodinamico delle particelle molto piccole.
Negli anni Venti, il fisico e premio Nobel Robert Millikan perfezionò la formula, ma nel farlo venne trascurata una versione più generale della correzione. Da quel momento in poi, l’equazione rimase di fatto vincolata alle sole particelle sferiche.
Il nuovo studio, pubblicato su Journal of Fluid Mechanics Rapids, riprende l’idea originale di Cunningham e la riformula in una versione più ampia e flessibile. Il risultato è l’introduzione di un vero e proprio “tensore di correzione”, capace di descrivere la resistenza aerodinamica di particelle di qualsiasi forma, dalle sfere ai dischi sottili.
Un aspetto chiave: il metodo non richiede parametri empirici, rendendolo applicabile in modo diretto a una vasta gamma di scenari reali.
Implicazioni per ambiente, clima e tecnologia
Questo nuovo approccio fornisce una base teorica più solida per diversi settori scientifici e tecnologici:
- monitoraggio della qualità dell’aria
- modelli climatici e atmosferici
- studio della diffusione di fumo da incendi e ceneri vulcaniche
- applicazioni di nanotecnologia e medicina
- valutazione del rischio sanitario legato agli aerosol
In altre parole, permette di migliorare la previsione di come e dove si muovono le particelle inquinanti, con ricadute concrete sia a livello ambientale che sanitario.
Un nuovo laboratorio per validare il modello
Per supportare ulteriormente questa ricerca, la School of Engineering dell’Università di Warwick ha investito in un nuovo sistema avanzato per la generazione controllata di aerosol; la struttura consentirà di produrre e analizzare sperimentalmente particelle non sferiche, verificando sul campo l’accuratezza del nuovo modello.
L’obiettivo è chiaro: trasformare una svolta teorica in strumenti pratici per la ricerca ambientale e industriale.
