Accanto alle tradizionali discipline teoriche e sperimentali, è nato recentemente un nuovo modo di fare scienza: le simulazioni numeriche effettuate al computer sostituiscono gli esperimenti in laboratorio se questi sono costosi, impossibili da realizzare oppure di difficile interpretazione. Grazie alle scienze computazionali, che implicano l’impiego di computer sempre più veloci e potenti, è possibile infatti sviluppare algoritmi, modelli e software in grado di studiare fenomeni complessi. Il gruppo di ricerca in scienze computazionali del Prof. Michele Parrinello, attivo sul Campus dell’USI dal 2001, simula al computer fenomeni fisici e chimici con un elevato grado di complessità e sviluppa metodi di calcolo innovativi utilizzati in tutto il mondo. Si occupa inoltre di studiare diversi fenomeni biologici e le proprietà di alcuni materiali.

Grazie al progresso tecnologico, in pochi anni le prestazioni dei computer sono cresciute in modo esponenziale: oggigiorno, infatti, i supercalcolatori sono in grado di effettuare un elevato numero di operazioni matematiche al secondo. Con simili potenze di calcolo, è possibile risolvere, mediante sofisticati metodi di modellizzazione e simulazione numerica, problemi molto complessi, ritenuti intrattabili fino a qualche anno fa.
Il gruppo di ricerca in scienze computazionali del Politecnico federale di Zurigo (ETHZ), ospite sul campus dell’USI di Lugano dal 2001 e diretto dal Prof. Michele Parrinello, si occupa di studiare al computer fenomeni fisici e chimici con un elevato grado di complessità, utilizzando metodi di sperimentazione e simulazione numerica propri delle scienze computazionali.
Una delle principali aree di ricerca del gruppo di Lugano è lo sviluppo di un metodo chiamato metadinamica, che permette di ridurre la barriera temporale e di studiare alcuni processi biologici, tra i quali il ripiegamento incorretto delle proteine, all’origine di alcune malattie neurodegenerative quali la mucca pazza, il morbo di Parkinson o l’Alzheimer, e l’interazione tra enzima e farmaco. Le attività del gruppo riguardano anche l’ambito della scienza dei materiali, in particolare lo studio delle loro proprietà per la produzione di energia nella futura ipotesi di un’economia basata sull’idrogeno anziché sugli idrocarburi.
Il Prof. Parrinello è autore, assieme al Prof. Roberto Car, del metodo Car-Parrinello, che combina le simulazioni di dinamica molecolare con le teorie elettroniche, allo scopo di vedere cosa accade agli atomi quando si muovono e reagiscono tra di loro. Questo metodo si è evoluto negli anni, diventando sempre più sofisticato, e oggigiorno trova applicazioni in moltissimi campi, tra cui la fisica, la biologia molecolare, la chimica e la geologia.