La natura è fatta di leggi. Indagarle è compito della scienza, ma non sempre ovviamente è facile spiegarne l'esistenza. Un buon esempio arriva da uno studio pubblicato di recente dai ricercatori del Politecnico federale di Zurigo, in cui viene descritto una curiosa regolarità scoperta dai suoi autori nel mondo della materia inorganica. Come spiegano sulle pagine di npj Computational Materials, infatti, la maggior parte dei composti inorganici hanno alla loro base una struttura minima, o meglio una cella primitiva, composta da un numero di atomi che è multiplo di quattro. Una scoperta che potrebbe avere importanti ripercussioni nel mondo della fisica dello stato solido, se qualcuno in futuro riuscirà a capirne il perché.
L'intuizione per gli autori dello studio è arrivata dall'analisi di due database che contengono le strutture cristalline di più di 80mila composti inorganici: il 60% dei composti in questione, infatti, obbedisce a quella che i ricercatori hanno deciso di chiamare "rule of four" (regola del quattro), hanno cioè una cella primitiva – la più piccola unità che si ripete all'interno della loro struttura cristallina – composta da un numero di atomi che è un multiplo di quattro.
Per degli specialisti di fisica della materia, una simile regolarità rappresenta un'opportunità ghiottissima. Spiegarne la ragione potrebbe infatti aiutare a comprendere qualche proprietà essenziale che nasce da questa configurazione atomica, e quindi, in definitiva, a migliorare le capacità di progettare nuovi materiali.
Per questo motivo, i ricercatori svizzeri hanno tentato diverse strade per trovare una spiegazione alla regola del quattro. Per prima cosa hanno verificato la presenza di errori nei software utilizzati per le loro analisi dei materiali, senza trovarne alcuno. Poi una legge fisica o chimica che potesse darne ragione, anche questa volta senza risultato. Quindi si sono affidati ad un algoritmo progettato per raggruppare i composti in esame in base alle somiglianze tra le loro proprietà atomiche, e anche questa volta nulla di fatto.
Utilizzando un algoritmo di machine learning, quindi, i ricercatori hanno chiesto al programma di prevedere quali dei composti all'interno dei due database seguissero la regola del quattro, ottenendo risposte corrette nell'87% dei casi. Questo vuol dire che una spiegazione deve effettivamente esserci, una proprietà dei composti che permette di prevedere la presenza di celle primitive multiple di quattro. Come sempre nel machine learning, il programma è in grado di individuare delle regolarità, ma non di spiegarci quali regolarità abbia individuato. E quindi la ricerca di una spiegazione, per ora, continua.