Una nuova scoperta scientifica ha catturato l’attenzione della comunità accademica: i ricercatori dell’Università di Brown hanno identificato una classe innovativa di particelle quantistiche chiamate eccitoni frazionari. Queste particelle, che presentano caratteristiche sia di fermioni che di bosoni, potrebbero aprire la strada a nuove prospettive nel campo della fisica quantistica e potenziare il calcolo quantistico attraverso nuovi approcci per manipolare gli stati quantistici.
Le particelle subatomiche, che popolano il mondo quantistico, continuano a sfidare le leggi della fisica convenzionale con comportamenti straordinari. La loro capacità di esistere in più luoghi contemporaneamente, attraversare barriere insormontabili e comunicare istantaneamente su lunghe distanze costituisce un enigma affascinante per gli scienziati impegnati nell’esplorazione dei fenomeni quantistici, una volta considerati impensabili.
In un recente studio pionieristico condotto dai fisici dell’Università di Brown, è emersa la scoperta di una nuova categoria di particelle quantistiche denominate eccitoni frazionari. Queste particelle, caratterizzate da comportamenti sorprendenti, potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione del mondo quantistico. Il professor Jia Li, docente di fisica presso l’ateneo, ha dichiarato: “I nostri risultati indicano l’emergere di una classe del tutto nuova di particelle quantistiche prive di carica globale, ma che seguono statistiche quantistiche uniche. Ciò che rende entusiasmante questa scoperta è la prospettiva di aprire nuove frontiere nella ricerca, approfondendo la nostra conoscenza della fisica fondamentale e offrendo nuove opportunità nel campo del calcolo quantistico.” Lo studio, pubblicato su Nature il 8 gennaio, è stato condotto in collaborazione con tre studenti universitari, Naiyuan Zhang, Ron Nguyen e Navketan Batra, e il professor Dima Feldman.
Il focus della ricerca si è concentrato sull’effetto Hall quantistico frazionario, un fenomeno che si basa sull’effetto Hall classico, dove l’applicazione di un campo magnetico su un materiale attraversato da una corrente elettrica genera una tensione laterale. In condizioni di temperature estremamente basse e campi magnetici elevati, l’effetto Hall quantistico manifesta salti distinti nella tensione laterale, con incrementi frazionari che trasportano una frazione della carica di un elettrone.
Attraverso esperimenti accurati, i ricercatori hanno creato una struttura composta da due sottili strati di grafene separati da un cristallo isolante di nitruro di boro esagonale, che ha consentito loro di controllare il movimento delle cariche elettriche e generare eccitoni, formati dall’accoppiamento di un elettrone e di una buca elettronica. L’applicazione di campi magnetici estremamente intensi ha permesso di osservare gli eccitoni frazionari, che hanno mostrato comportamenti insoliti.
Le particelle osservate nell’esperimento, gli eccitoni frazionari, presentavano un comportamento unico che sfuggiva alle categorie tradizionali di bosoni e fermioni. Pur mostrando le cariche frazionarie attese, il loro comportamento ibrido tra bosoni e fermioni li rendeva simili agli anyoni, ma con proprietà distintive che li differenziavano da queste particelle intermedie. Questa scoperta inaspettata suggerisce l’esistenza di una nuova classe di particelle con caratteristiche quantistiche uniche.
Le implicazioni di questa scoperta potrebbero avere un impatto significativo sul campo del calcolo quantistico, aprendo nuove prospettive per la memorizzazione e la manipolazione delle informazioni a livello quantistico. Il team di ricerca ha sottolineato che questa nuova dimensione di studio potrebbe portare a sviluppi rivoluzionari nel settore dei computer quantistici, migliorandone la velocità e l’affidabilità. Il professor Li ha affermato: “Abbiamo appena iniziato a esplorare e manipolare questo fenomeno, aprendo nuove possibilità di ricerca. I prossimi passi coinvolgeranno lo studio dell’interazione degli eccitoni frazionari e la valutazione della possibilità di controllarne il comportamento.” Il professor Feldman ha aggiunto: “Sembra che stiamo aprendo una nuova porta nella meccanica quantistica, esplorando un aspetto finora sconosciuto o poco compreso.”
La scoperta degli eccitoni nell’effetto Hall quantistico frazionario, pubblicata su Nature il 8 gennaio 2025, rappresenta un importante traguardo nella ricerca scientifica, gettando nuova luce sulle particelle quantistiche e aprendo nuove prospettive per il futuro della fisica quantistica.
