Un team di ricercatori ha recentemente dimostrato la presenza di vortici all’interno di un supersolido, confermando così il comportamento superfluido in questo particolare stato della materia. Oltre ai tradizionali stati della materia – solidi, liquidi e gas – esistono anche forme più esotiche come i plasmi, i cristalli temporali, i condensati di Bose-Einstein e i superfluidi. Tra questi, si aggiungono i supersolidi, un nuovo stato della materia che si manifesta quando un gas di bosoni, particelle o atomi con spin intero che seguono le statistiche di Bose-Einstein, viene raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto.
Quando i bosoni si condensano formando un singolo oggetto quantistico, noto come Condensato di Bose-Einstein (BEC), si comportano come un’unica entità quantistica, simile a un singolo atomo. Questo stato quantistico macroscopico, creato per la prima volta nel 1995, permette di osservare fenomeni come la superfluidità, in cui il flusso avviene senza perdita di energia cinetica, e la formazione di vortici quantistici.
Sebbene gli stati di materia supersolidi siano stati previsti da tempo, solo di recente sono stati sintetizzati in laboratorio. Questi stati, ottenuti manipolando gas quantistici, presentano caratteristiche sia solide che superfluide, creando una sorta di dualità simile al paradosso del gatto di Schrödinger, come spiega Francesca Ferlaino, ricercatrice dell’Università di Innsbruck e dell’Istituto di Ottica Quantistica e Informazione Quantistica.
Nel 2021, il team di ricerca è riuscito a creare con successo un supersolido bidimensionale a lunga durata manipolando un gas ultraraffreddato di atomi di erbio. Successivamente, hanno affrontato la sfida di mescolare il supersolido senza compromettere il suo delicato equilibrio, un obiettivo che richiedeva estrema precisione, come sottolinea l’autrice principale Eva Casotti.
Nella loro ultima ricerca, gli scienziati hanno utilizzato campi magnetici per ruotare con cura il supersolido, osservando la formazione di vortici quantizzati all’interno di esso, simili a quelli presenti nei superfluidi. La quantizzazione di questa rotazione, dovuta alla natura singolarmente valutata e continua della funzione d’onda macroscopica sottostante, è un fenomeno unico nel mondo quantistico, come spiegato nel loro studio.
L’osservazione dei vortici quantizzati all’interno dei supersolidi è considerata una prova inequivocabile della superfluidità, un concetto rilevante per numerosi sistemi quantistici a molti corpi interagenti. Queste scoperte potrebbero avere applicazioni in diversi settori, aprendo la strada allo studio delle proprietà idrodinamiche di sistemi quantistici esotici con molte simmetrie rotte, come i cristalli quantistici e le stelle di neutroni, come sottolinea Thomas Bland, responsabile dello sviluppo teorico del progetto.
Ad esempio, si ipotizza che i glitch osservati nelle stelle di neutroni, dovuti a cambiamenti improvvisi nella velocità di rotazione, siano causati dai vortici superfluidi intrappolati al loro interno. Questa piattaforma di ricerca potrebbe consentire di simulare tali fenomeni direttamente sulla Terra. Si ritiene che i vortici superfluidi siano presenti anche nei superconduttori, materiali in grado di condurre l’elettricità senza perdite.
Lo studio dettagliato di queste proprietà è stato pubblicato su Nature, offrendo un’importante contributo alla comprensione dei supersolidi e delle loro potenziali applicazioni in diversi ambiti scientifici e tecnologici.
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