Nel mondo della fisica quantistica, un gruppo di scienziati provenienti dall’Università di Columbia, dall’Università di Nanjing, da Princeton e dall’Università di Munster ha portato alla luce una scoperta straordinaria. Pubblicato sulla prestigiosa rivista b, il loro studio presenta la prima evidenza sperimentale di eccitazioni collettive chiamate modi chiral graviton (CGMs) in un materiale semiconduttore. Questi risultati, che proseguono il lavoro del defunto professor Aron Pinczuk di Columbia, costituiscono un passo significativo verso una migliore comprensione della gravità, uno dei pilastri fondamentali dell’universo.
Tra fisica teorica e realtà sperimentale
L’osservazione di particelle simili al gravitone in laboratorio potrebbe aiutare a colmare le lacune critiche tra la meccanica quantistica e le teorie della relatività di Einstein, risolvendo un dilemma fondamentale nella fisica e ampliando la nostra comprensione dell’universo. Questo esperimento segna la prima sperimentazione di questo concetto di gravitoni, teorizzato fin dagli anni ’30, in un sistema di materia condensata, rappresentando un importante traguardo nell’ambito della fisica delle particelle.
Teoria quantistica e materia condensata
Il team ha individuato la particella in un tipo di materia condensata chiamata liquido ad effetto Hall quantico frazionario (FQHE). Questi liquidi sono costituiti da elettroni fortemente interagenti in due dimensioni a campi magnetici elevati e basse temperature. La loro descrizione teorica si basa sulla geometria quantistica, concetti matematici emergenti che si applicano alle minute distanze fisiche in cui la meccanica quantistica influisce sui fenomeni fisici. Gli elettroni in un FQHE sono soggetti a quella che è nota come una metrica quantistica che era stata prevista per dare origine ai CGMs in risposta alla luce.
Eredità di Aron Pinczuk
Per gran parte della sua carriera, il fisico di Columbia Aron Pinczuk ha studiato i misteri dei liquidi FQHE e ha lavorato per sviluppare strumenti sperimentali che potessero esplorare tali sistemi quantistici complessi. Anche se Pinczuk è scomparso nel 2022, il suo laboratorio e i suoi ex collaboratori in tutto il mondo hanno continuato il suo lavoro. L’approccio innovativo di Pinczuk ha gettato le basi per lo sviluppo di tecniche sperimentali avanzate, tra cui la spettroscopia inelastica risonante a bassa temperatura, che è stata fondamentale per il successo dell’esperimento.
Uno dei metodi sperimentali fondamentali è stato sviluppato da Pinczuk ed è stato adattato dal dottorando Ziyu Liu e dai suoi colleghi per questo studio. La tecnica utilizza la luce polarizzata circolarmente, che interagisce con particelle come i CGM, consentendo agli scienziati di osservare in modo più distintivo i cambiamenti nello spin dei fotoni. Questa metodologia ha permesso di rivelare le proprietà fisiche dei CGM previste dalla geometria quantistica, consolidando ulteriormente il legame tra teoria e sperimentazione.
Implicazioni teoriche e future direzioni
Le scoperte del team hanno implicazioni significative sia per la fisica teorica che per quella sperimentale. Il loro lavoro può aprire nuove vie di ricerca nel campo della gravità quantistica, che potrebbe fornire un punto di convergenza tra la fisica delle particelle ad alta energia e la fisica della materia condensata. Inoltre, la tecnica sviluppata potrebbe essere estesa ad altri sistemi quantistici, aprendo nuove prospettive nella comprensione dei fenomeni quantistici collettivi.
In definitiva, il lavoro del team rappresenta un’importante pietra miliare nella nostra comprensione della gravità e della fisica quantistica. L’esperimento non solo dimostra la validità delle teorie di lunga data, ma getta le basi per ulteriori ricerche che potrebbero rivoluzionare il nostro modo di vedere l’universo. L’eredità di Aron Pinczuk vive attraverso questa ricerca innovativa, che ha il potenziale per cambiare il corso della fisica moderna.
