La comprensione delle dinamiche che governano il nucleo interno terrestre, una sfera di materia in stato solido confinata a oltre 5000 chilometri di profondità, rappresenta una delle sfide più ardue della geofisica moderna.
Recenti ricerche, condotte da Zhi Li e Sandro Scandolo presso il Centro Internazionale di Fisica Teorica Abdus Salam (ICTP), hanno rivoluzionato questo campo, svelando un ruolo cruciale, e precedentemente sottovalutato, del silicio nella modulazione della velocità delle onde sismiche.
Il loro lavoro, pubblicato su *Nature Communications*, introduce una prospettiva inedita, in cui la presenza di elementi leggeri, come il silicio – con una densità circa metà rispetto al ferro – influenza significativamente il comportamento meccanico del nucleo interno.
L’anomalia nella velocità delle onde sismiche, un fenomeno osservato da tempo e di difficile interpretazione, si rivela ora in parte riconducibile alla capacità del silicio di stabilizzare la struttura cristallina della lega ferrosa.
La pressione, che a quelle profondità raggiunge livelli superiori a tre milioni di volte la pressione atmosferica, e le temperature, che superano i 6000 gradi Celsius, impongono condizioni estreme che alterano le proprietà dei materiali.
Tradizionalmente, gli studi si sono concentrati sul ferro puro, prevedendo una cristallizzazione in strutture esagonali.
Tuttavia, la presenza del silicio induce una transizione verso una struttura cubica, una configurazione che spiega la rallentamento delle onde sismiche.
L’innovazione di questo studio risiede nell’applicazione di tecniche avanzate di intelligenza artificiale.
La complessità del sistema, l’impossibilità di osservazioni dirette a quelle profondità, e la necessità di simulazioni numeriche estremamente accurate rendono inapplicabili i metodi tradizionali.
Gli algoritmi di machine learning hanno permesso di esplorare un vasto spazio di configurazioni atomiche, identificando la struttura cubica come quella più stabile in presenza di silicio.
Questo approccio non solo fornisce una spiegazione plausibile per l’anomalia sismica, ma apre anche la strada a una comprensione più dettagliata della composizione e delle proprietà del nucleo interno.
L’esecuzione di queste simulazioni, che richiedono un’enorme potenza computazionale, è stata resa possibile dall’accesso anticipato alla supercomputer Leonardo, un’infrastruttura all’avanguardia basata su GPU.
L’acquisizione di Leonardo, garantita all’ICTP nel 2023, ha permesso di superare i limiti delle risorse computazionali disponibili, consentendo l’addestramento degli algoritmi di intelligenza artificiale e l’esecuzione delle simulazioni in tempi ragionevoli.
Questo progetto si inserisce all’interno di un piano più ampio, finanziato dall’Icsc, il Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing, un’iniziativa strategica sostenuta dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (Pnrr), che mira a promuovere l’eccellenza italiana nella ricerca scientifica e tecnologica.
La scoperta sottolinea come l’integrazione di nuove metodologie computazionali e l’esplorazione di elementi “leggeri” in condizioni estreme possano rivoluzionare la nostra conoscenza del pianeta Terra.
