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Conferito ad Alessio Zaccone il finanziamento ERC Consolidator della UE

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Il progetto Multimech, del valore di 1 milione di Euro circa, assegnato al Prof. Zaccone si prefigge di rispondere ad una delle piu’ fondamentali e importanti domande aperte sulla realta’ atomica del mondo fisico che ci circonda. La domanda si puo’ formulare semplicemente in questi termini: qual e’ il meccanismo di deformazione su scala atomica della materia nei suoi stati condensati (solido o liquido)? La descrizione atomica della materia ha fatto enormi progressi negli ultimi cento anni e in particolare la descrizione matematica e computazionale dei singoli atomi si puo’ considerare completa. Ma quali sono le modalita’ con cui innumerevoli atomi si muovono, collidono tra loro e  si riorganizzano in un dato materiale sottoposto ad uno sforzo  esterno? Cio’ e’ peraltro fondamentale per poter prevedere la resistenza meccanica dei materiali in tutti i contesti ingegneristici, geofisici e anche biomedici.

Puo’ essere sorprendente ma non vi e’ una risposta quantitativa a questa domanda, e la ragione sta nel fatto che anche i piu moderni e sofisticati calcolatori e “supercomputer” possono si’ descrivere i moti atomici e molecolari e le strutture che ne risultano, ma la discretizzazione temporale delle equazioni del moto e’ basata su intervalli di tempo su scala atomica che sono infinitamente piu’ piccoli rispetto alle scale temporali alle quali avviene la deformazione di qualsiasi materiale nella realta’ che ci circonda. Questo sfasamento di scale temporali tra moti atomici e deformazione macroscopica del materiale al momento preclude qualsiasi stima ragionevole della risposta fisica di un materiale a livello atomico e quindi anche la previsione del comportamento meccanico realistico della materia. Il progetto Multimech punta a rispondere a questo quesito sviluppando un approccio alternativo a questo problema che sfrutta il cosiddetto “thinking out of the box”. Se le simulazioni numeriche non possono simulare le scale di tempo delle deformazioni macroscopiche, e’ pur possibile utilizzare le simulazioni atomiche come punto di partenza o “snapshot” sulla base del quale le traiettorie e gli spostamenti atomici possono esssere calcolati non risolvendo le equazioni del moto dei singoli atomi ma equazioni del moto leggermente diverse che, e questo e’ un punto cruciale, tengono conto anche degli spostamenti atomici che avvengono su scale temporali piu’ lunghe e anche del fatto che le molteplici interazioni atomiche di fatto introducono una “freccia del tempo”. Tutto cio’ e’ possibile grazie a una teoria matematica sviluppata circa 10 anni or sono da Alessio Zaccone presso l’Universita’ di Cambridge (dove e’ stato docente di ruolo prima di trasferirsi alla Statale nel 2018) e nota anche come teoria della risposta nonaffine o teoria della elasticita’ nonaffine a livello atomico.

Il grant ERC, della durata di 5 anni, consentira’ il reclutamento di ricercatori per sviluppare questa nuova metodologia di calcolo e per arrivare a risposte meccanicistiche quantitative ai quesiti delineati sopra. Le previsioni teoriche e computazionali su materiali reali come ad esempio solidi polimerici usati per applicazioni meccaniche di alto livello e protezione balistica, saranno verificate sperimentale grazie al rapporto di collaborazione instaurato nel corso degli anni da Alessio Zaccone con team sperimentali in particolare presso National Institute of Standards and Technology (NIST) del governo USA a Washington DC, e i laboratori di test balistici di materiali avanzati presso US Army Research Laboratory, USA. Il progetto si collega in parte ad un precedente grant del valore di 310’000 Euro assegnato ad Alessio Zaccone e Unimi dal Dipartimento della Difesa degli USA e ad un finanziamento industriale da parte della multinazionale chimica Syngenta per lo studio del comportamento fluidodinamico di fluidi complessi di interesse industriale.

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21 marzo 2022
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