Grazie all’impiego di metodi di intelligenza artificiale, i ricercatori dell’ICTP (International Center for Theoretical Physics) di Trieste Zhi Li e Sandro Scandalo sono riusciti nell’intento di indagare il ruolo svolto dal silicio all’interno del nucleo interno della Terra. Pubblicato sulla rivista Nature Communications, lo studio, finanziato nell’ambito dello Spoke 7 ‘Materials and Molecular Sciences’ dell’ICSC – Centro Nazionale di Ricerca in HPC, Big Data and Quantum Computing, ha usufruito di un accesso speciale anticipato al supercalcolatore Leonardo del CINECA per l’addestramento dei modelli di intelligenza artificiale. I risultati così ottenuti dimostrano come il silicio, uno dei principali elementi leggeri che compongono la lega ferrosa di cui è costituito il nucleo, influenzi profondamente l’ordine in cui gli atomi si dispongono nella lega ferrosa in condizioni di pressione e temperatura estreme, stabilizzando la lega in una struttura cubica, anziché esagonale. Unna scoperta che potrebbe spiegare perché le onde sismiche viaggiano molto lentamente attraverso il nucleo interno.
Situato a oltre 5.000 chilometri sotto la superficie terrestre, dove le temperature superano i 6.000 gradi Celsius e la pressione è più di tre milioni di volte superiore alla pressione atmosferica, il nucleo interno del pianeta non può essere esplorato direttamente e le simulazioni numeriche sono fondamentali per accedere ai suoi segreti. La maggior parte degli studi condotti finora si sono concentrati solo sul ferro puro, dimostrando che in condizioni così estreme questo cristallizza in una struttura esagonale.
Le osservazioni fatte sulle le onde sismiche che si propagano attraverso il nucleo terrestre, tuttavia, mostrano che la loro velocità di propagazione è molto minore rispetto a quella che si realizza in un cristallo esagonale. I risultati di Li e Scandolo potrebbero finalmente spiegarci il perché. “Finora sono state formulate molte ipotesi”, afferma Scandolo, “I nostri risultati prevedono valori della velocità di propagazione delle onde sismiche nella lega di ferro-silicio molto vicini a quelli osservati, suggerendo che gli atomi nel nucleo interno si dispongano davvero in una struttura reticolare cubica”.
Lo studio è il primo a considerare il ruolo svolto dagli elementi leggeri come il silicio, pesante circa la metà del ferro, nel nucleo interno, cosa che è stata possibile solo grazie all’intelligenza artificiale. Questo perché valutare il ruolo svolto dagli atomi di silicio nella lega richiede di considerare tutti i modi in cui questi possono casualmente disporsi nel reticolo. Un numero così elevato di configurazioni è semplicemente impossibile da simulare con i metodi tradizionali. Gli algoritmi di intelligenza artificiale utilizzati da Li e Scandolo, invece, sono addestrati per calcolare in modo efficiente le forze tra ogni coppia di atomi e possono quindi gestire sistemi più grandi e complessi, su scale temporali più lunghe.
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