Un raro stato fisico, precedentemente osservato solo negli elettroni, è stato ora ricreato negli atomi congelati vicino allo zero assoluto. In questo particolare “stato di bordo”, gli atomi viaggiano lungo i confini di un determinato materiale, ignorando gli ostacoli posti sul loro cammino. Questa scoperta apre nuove prospettive nel campo della fisica, poiché i fisici sperano che una migliore comprensione di come si verificano gli stati di bordo possa portare allo sviluppo di sistemi di trasmissione energetica e di dati efficienti e privi di perdite.
Gruppi di elettroni viaggiano attraverso i metalli come gli uccelli volano nel cielo. Tuttavia, a differenza di uno stormo di piccioni spaventati che rimbalzano selvaggiamente in tutte le direzioni quando incontrano un ostacolo, i ricercatori hanno notato che questa regola non si applica a certi materiali. In questi casi, gli elettroni semplicemente scivolano intorno agli ostacoli, viaggiando in fila indiana come cadetti in marcia. Questo fenomeno è noto come “stato di bordo”, poiché si verifica solo ai confini di certi materiali.
Richard Fletcher, coautore dello studio e professore assistente di fisica al MIT, ha sottolineato l’entusiasmo per le possibili applicazioni di questa scoperta. Immaginare di creare piccoli pezzi di materiale adatto e inserirli nei dispositivi futuri potrebbe consentire agli elettroni di viaggiare lungo i bordi e tra le diverse parti del circuito senza alcuna perdita, ha aggiunto.
Per studiare gli stati di bordo in modo più dettagliato, Fletcher e il suo team hanno affrontato una sfida: questi stati durano solo un femtosecondo e gli elettroni viaggiano per distanze inferiori a un nanometro. Per superare queste limitazioni, il team ha deciso di lavorare con gli atomi anziché con gli elettroni.
Il team ha ricreato gli stati di bordo in condizioni ultrarefrigerate sotto un campo magnetico, utilizzando circa un milione di atomi di sodio disposti in una nuvola. Intrappolando gli atomi e facendoli ruotare, hanno creato un ambiente simile a quello degli elettroni in stato di bordo.
Per dare agli atomi un “bordo” su cui viaggiare, il team ha introdotto un anello di luce laser. Gli atomi, entrando in collisione con questo anello, hanno fluito intorno al suo bordo come una pallina durante i primi momenti di rotazione di una ruota della roulette, ignorando gli ostacoli posti sul loro cammino.
È importante sottolineare che questo stato di bordo degli atomi è durato per millisecondi e si è svolto su una scala di micrometri, una durata e una distanza di ordini di grandezza maggiori rispetto a quanto ottenuto con gli elettroni. Questo ha permesso al team di registrare più facilmente gli stati di bordo.
Ora che il team ha un setup sperimentale più pratico, intende introdurre nuovi ostacoli e interazioni nei loro stati di bordo per esplorare ulteriormente le potenziali applicazioni di questa scoperta. Sebbene le applicazioni future e il comportamento degli atomi siano ancora poco chiari, per Fletcher il vero valore dello studio risiede nel poter osservare un mondo nascosto di fisica incredibile ma di solito invisibile nei materiali.
Lo studio dettagliato su questo fenomeno è stato pubblicato su Nature Physics, aprendo la strada a ulteriori ricerche e scoperte nel campo della fisica dei materiali.
Links:
