Un messinese “svela” i segreti dell’acqua: il ricercatore Giuseppe Cassone tra gli autori di uno degli studi scientifici più rivoluzionari degli ultimi tempi

L'acqua, preziosa, onnipresente sulla terra, nasconde ancora tanti misteri. Nonostante questa molecola sia uno dei sistemi materiali più studiati e comuni, non tutti sanno che la vita è potuta proseguire sulla Terra, anche durante le ere glaciali, grazie a un delicato legame intermolecolare: il legame a idrogeno. Sebbene se ne studi la chimica fin dai tempi della scuola, l'intricato reticolo di legami a idrogeno che collega le sue molecole ha rivelato solo ora alcuni dei suoi segreti più profondi. Ed è storia recente il fatto che il Consiglio nazionale delle ricerche ha contribuito con l'Istituto per i processi chimico-fisici di Messina (Cnr-Ipcf) alla ricerca internazionale coordinata dalla “Ecole Polytechnique” di Losanna che ha permesso di osservare per la prima volta in maniera diretta il legame alla base della vita, cioè il legame a idrogeno, nell'acqua liquida misurando gli effetti quantistici elettronici e nucleari.

La ricerca

«Questo studio – racconta il ricercatore messinese Giuseppe Cassone, classe 1987, – parte da molto lontano. Si tratta di una ricerca congiunta, in cui sono stati sinergicamente uniti importanti sforzi sperimentali a Losanna, in uno dei centri di eccellenza europea (Epfl), e cruciali sviluppi teorico-computazionali portati avanti a Messina (Cnr-Ipcf), a Trieste (Ictp) e a Parigi (“Ecole Normale Superieure”). Questa collaborazione internazionale ha portato all’ invenzione una nuova spettroscopia, chiamata “spettroscopia vibrazionale correlata (“Cvs”, dall’acronimo inglese) che permette di accedere ad informazioni microscopiche precedentemente accessibili solo tramite sofisticate tecniche computazionali e che ora, invece, sono direttamente rilevabili in laboratorio». E il tutto nasce dalle connessioni. «Il mio coinvolgimento – prosegue Cassone –in questa ricerca nasce da un breve periodo trascorso all’Epfl, a Losanna, come “visiting scientist” nel maggio del 2023, periodo in cui assieme ad una decina di scienziati, 5 sperimentali e 5 teorico-computazionali, ci siamo incontrati per discutere di Fisica e Chimica dell’acqua, l’elemento alla base della vita così come noi la conosciamo. L’invito a partecipare a questa serie di riunioni tenutesi a Losanna nasce dal fatto che, come spesso capita nella Scienza moderna, diverse persone con estrazioni scientifiche diverse si occupano di cose simili simultaneamente e, mentre io e altri fisici computazionali ci eravamo già occupati degli effetti quantistici che governano il comportamento dell’acqua tramite simulazioni avanzate ai supercomputer, gruppi sperimentali si stavano affacciando a questo tema con nuovi strumenti di laboratorio all’avanguardia. Da questo mix di competenze, nasce una ricerca che promette di rivoluzionare il modo in cui investighiamo i segreti microscopici della materia e delle sostanze che ci compongono, come l’acqua».

La tecnica

La nuova tecnica sviluppata può essere applicata a qualunque materiale, quindi l’impatto che questa ricerca promette di avere è globale e trascende la Fisica e la Chimica e potrebbe avere risvolti nella produzione di idrogeno, in Biologia, in Biochimica, nell’Ingegneria e nelle Scienze dei materiali. Infatti, la “Cvs” sta già mostrando il suo potenziale in studi su altri sistemi: dai liquidi biologici come il sangue al Dna e alle proteine. Questo perché tale ricerca internazionale, pubblicata sulla prestigiosa rivista “Science”, fa luce per la prima volta sulle complesse interazioni che uniscono le molecole dell'elemento più indispensabile per la vita: l'acqua. «Questa ricerca – ed ecco la parte pragmatica –trascende i confini, di per sé molto ampi, della Fisica dell’acqua e promette di avere risvolti importanti in altri settori scientifici, non solo accademici ma anche industriali. Ci tengo a precisare che Messina può vantare una lunga tradizione di scienziati che si sono occupati e, in qualche caso continuano ad occuparsi, di acqua. Il tema ha un’importanza evidente perché noi stessi siamo acqua: la stragrande maggioranza delle molecole che ci compone sono molecole di acqua in interazione tramite legami a idrogeno. Inoltre, l’acqua per noi siciliani, terra abbracciata dal mare, è oggigiorno un tema che trascende i confini accademici e che, purtroppo, ci mette di fronte alla duplice natura, materna e matrigna, dell’acqua stessa, tra siccità e alluvioni sempre più ricorrenti a causa del cambiamento climatico. Anche per questo motivo, spero che ricerche come quella che ho avuto il privilegio di portare avanti assieme a collaboratori internazionali di caratura professionale eccezionale portino ad una maggiore sensibilità da parte della comunità siciliana e delle amministrazioni nei confronti della molecola della vita e della sua gestione. Trovo assurdo, infatti, che negli acquedotti italiani circa il 50% dell’acqua che vi scorre vada letteralmente persa. La manutenzione costante delle infrastrutture idriche già di per sé permetterebbe un enorme risparmio di risorse essenziali».

I progetti

E tanti sono i progetti portati avanti: «Sono molteplici – conclude – le tematiche su cui ci stiamo cimentando nel nostro gruppo computazionale al Cnr-Ipcf, un luogo magico in cui si può davvero portare avanti la cosiddetta ricerca “curiosity-driven”, guidata cioè dalla semplice curiosità scientifica. Alcune di queste coinvolgono l’uso di tecniche di intelligenza artificiale in collaborazione con il messinese, prof. Marco Saitta (mio mentore di dottorato), mentre altre sono orientate allo studio delle origini chimiche della vita e, altre ancora, si stanno occupando di catalisi per la produzione di idrogeno verde. Infine, il mio “primo amore” scientifico resta sempre lo studio dell’acqua. A tal proposito, ho la fortuna di poter orientare alcune ricerche con diverse università statunitensi per trovare schemi ridondanti nell’apparente disordine che caratterizza il comportamento delle molecole nell’acqua liquida. Questo tipo di ricerca è di particolare rilevanza perché individuare tali schemi rappresenterebbe la chiave per la comprensione profonda della sostanza della vita: l’acqua»