I ricercatori hanno compiuto un passo avanti nella fisica quantistica, osservando per la prima volta uno stato superfluido della materia che passa a un supersolido e poi ritorna allo stato precedente. Questo spostamento di fase reversibile, dettagliato in uno studio di Nature del 28 gennaio, conferma una possibilità precedentemente teorica e apre nuove strade per comprendere gli stati esotici della materia.
Lo strano mondo delle fasi quantistiche
La maggior parte delle persone ha familiarità con tre fasi comuni: solida, liquida e gassosa. Tuttavia, in condizioni estreme, la materia può esistere in molti altri stati. I superfluidi ne sono un esempio: fluiscono senza alcuna resistenza, formando anche vortici quantistici perpetui quando vengono agitati, e compaiono solo a temperature appena sopra lo zero assoluto.
I supersolidi, che si teorizza derivino da superfluidi ancora più freddi, combinano la viscosità zero con l’ordine cristallino. A differenza dei liquidi tipici, le particelle in un supersolido si dispongono in un reticolo pur mantenendo la loro capacità di fluire e formare vortici quantistici.
L’esperimento e i risultati principali
Precedenti tentativi di creare supersolidi si basavano sulla manipolazione esterna per forzare le particelle in una struttura reticolare. Questa nuova ricerca dimostra una transizione di fase naturale: il superfluido si organizza spontaneamente in un supersolido nelle giuste condizioni.
Per raggiungere questo obiettivo, il team ha messo insieme due fogli di grafene e li ha esposti a un forte campo magnetico, creando una “zuppa di eccitoni”. Gli eccitoni, quasiparticelle formate da coppie elettrone-lacuna, si sono comportati in modo inaspettato mentre il sistema si raffreddava.
Dal superfluido al supersolido
A temperature comprese tra 1,5 e 4 °C sopra lo zero assoluto, gli eccitoni formavano un superfluido. Un ulteriore raffreddamento ha indotto il passaggio a una fase elettricamente isolante, che i ricercatori ritengono sia un vero stato supersolido.
Come ha spiegato Jia Li, fisico dell’Università del Texas ad Austin: “L’osservazione di una fase isolante che si scioglie in un superfluido non ha precedenti. Ciò suggerisce fortemente che la fase a bassa temperatura sia un solido eccitonico altamente insolito.”
Perché è importante
Questa scoperta è importante perché convalida le previsioni teoriche fondamentali sul comportamento della materia a temperature estreme. La capacità di indurre naturalmente questa transizione di fase suggerisce una stabilità intrinseca più profonda in questi stati esotici.
Le implicazioni vanno oltre la pura fisica. Comprendere i supersolidi potrebbe sbloccare nuove tecnologie: i materiali con resistenza pari a zero potrebbero rivoluzionare la trasmissione di energia, mentre le proprietà uniche di queste fasi potrebbero portare a nuovi dispositivi quantistici.
Qual è il prossimo passo?
Il team intende esplorare altri materiali e perfezionare le tecniche di misurazione per caratterizzare ulteriormente lo stato supersolido degli eccitoni. Cory Dean, fisico della Columbia University, ha affermato che “Per ora, stiamo esplorando i confini attorno a questo stato isolante, costruendo nuovi strumenti per misurarlo direttamente.”
Questa ricerca non riguarda solo la testimonianza di uno strano fenomeno; si tratta di ampliare i confini della nostra comprensione della materia e aprire la strada a future scoperte tecnologiche.
In definitiva, questa scoperta conferma che l’universo riserva sorprese ancora più strane di quanto immaginassimo in precedenza, e che la ricerca per comprenderne le leggi fondamentali è lungi dall’essere finita.
