Ogni giorno respiriamo milioni di particelle microscopiche sospese nell'aria: fuliggine, polvere, polline, microplastiche, virus e nanoparticelle sintetiche. Alcune di queste sono così minuscole da penetrare in profondità nei polmoni e persino entrare nel flusso sanguigno, contribuendo allo sviluppo di patologie gravi come malattie cardiovascolari, ictus e tumori. Eppure, fino ad oggi, gli strumenti matematici per prevedere il comportamento di questi inquinanti nell'aria si basavano su un'assunzione semplicistica: che tutte le particelle fossero perfettamente sferiche.
La realtà è ben diversa. La stragrande maggioranza delle particelle aerodisperse presenta forme irregolari e complesse. I modelli tradizionali hanno continuato a utilizzare equazioni pensate per sfere perfette semplicemente perché i calcoli risultavano più semplici da risolvere. Questa semplificazione ha rappresentato per decenni un ostacolo significativo nel monitoraggio e nella previsione del movimento delle particelle reali, spesso le più pericolose per la salute umana.
Un ricercatore dell'Università di Warwick ha ora sviluppato il primo metodo semplice per prevedere il movimento di particelle irregolari di qualsiasi forma. Lo studio, pubblicato sul Journal of Fluid Mechanics, rielabora una formula vecchia di un secolo per colmare una lacuna fondamentale nella scienza degli aerosol. Il professor Duncan Lockerby, della School of Engineering, ha spiegato che l'obiettivo era chiaro: se riusciamo a prevedere accuratamente come si muovono particelle di qualsiasi forma, possiamo migliorare significativamente i modelli per l'inquinamento atmosferico, la trasmissione delle malattie e persino la chimica atmosferica.
La svolta scientifica nasce dalla rivalutazione di uno dei pilastri della scienza degli aerosol: il fattore di correzione di Cunningham, sviluppato nel 1910 per prevedere come la resistenza aerodinamica sulle particelle minuscole si discosti dalle leggi classiche dei fluidi. Negli anni Venti del secolo scorso, il premio Nobel Robert Millikan perfezionò la formula, ma nel farlo trascurò una correzione più semplice e generale. Di conseguenza, la versione moderna è rimasta limitata alle particelle perfettamente sferiche.
Il lavoro di Lockerby riformula l'idea originale di Cunningham in una forma più generale ed elegante. Da questa base, introduce un "tensore di correzione", uno strumento matematico che cattura l'intera gamma di forze di resistenza che agiscono su particelle di qualsiasi forma, dalle sfere ai dischi sottili, senza la necessità di parametri di adattamento empirici. Come ha sottolineato il ricercatore, si tratta di recuperare lo spirito originale del lavoro del 1910, generalizzando il fattore di correzione per fare previsioni accurate su particelle di quasi qualsiasi forma, senza bisogno di simulazioni intensive.
Le implicazioni pratiche di questa scoperta si estendono ben oltre la teoria. Il nuovo modello fornisce una base più solida per comprendere come le particelle aerodisperse si muovono in campi che vanno dalla qualità dell'aria alla modellizzazione climatica, dalla nanotecnologia alla medicina. Potrebbe aiutare i ricercatori a prevedere meglio come gli inquinanti si diffondono nelle città, come viaggiano le ceneri vulcaniche o il fumo degli incendi, o come si comportano le nanoparticelle ingegnerizzate nei sistemi di produzione e somministrazione farmaceutica.
Per sviluppare ulteriormente questa innovazione, la School of Engineering di Warwick ha investito in un nuovo sistema all'avanguardia per la generazione di aerosol. Questa struttura permetterà ai ricercatori di generare e studiare con precisione una gamma più ampia di particolato reale non sferico, validando ed estendendo il nuovo metodo. Il professor Julian Gardner, che collabora con Lockerby, ha evidenziato come questa nuova facility consentirà di esplorare il comportamento delle particelle aerodisperse reali in condizioni controllate, traducendo la scoperta teorica in strumenti ambientali pratici.
Il collegamento tra nanoparticelle irregolari e rischio oncologico rende questo sviluppo particolarmente rilevante per la salute ambientale. Le particelle non sferiche, spesso le più pericolose, possono ora essere modellate accuratamente, aprendo nuove possibilità per valutare l'esposizione della popolazione agli inquinanti atmosferici e sviluppare strategie di prevenzione più efficaci. La capacità di prevedere con precisione il comportamento di questi inquinanti rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione dei meccanismi attraverso cui l'inquinamento atmosferico contribuisce alle malattie croniche.
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