Per la prima volta sono stati realizzati vortici quantistici all’interno di supersolidi, uno degli stati più enigmatici e raramente osservabili della materia. In questo stato, gli atomi si comportano in modo duplice, disponendosi come in un cristallo solido ma muovendosi come in un fluido, senza resistenza. L’importante esperimento, descritto sulla prestigiosa rivista Nature, rappresenta un notevole passo avanti nella fisica quantistica e si deve al team internazionale guidato dalla fisica italiana Francesca Ferlaino, dell’Università di Innsbruck in Austria.
Cosa sono i supersolidi e perché sono unici
I supersolidi, teorizzati decenni fa, sfidano le nostre comuni nozioni di stato della materia. Mentre nei solidi tradizionali gli atomi sono rigidamente legati in una struttura cristallina, nei supersolidi gli atomi mantengono una disposizione ordinata e allo stesso tempo si muovono senza attrito, come nei superfluidi. Questo paradossale stato della materia è stato realizzato in laboratorio solo in rari casi, uno dei quali presso l’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Pisa nel 2019.
I supersolidi sono stati a lungo oggetto di studio teorico, ma è solo di recente che i fisici sono riusciti a realizzarli sperimentalmente. La loro duplice natura è spesso spiegata tramite l’analogia del “gatto di Schrödinger“, il famoso paradosso quantistico in cui un gatto può essere contemporaneamente vivo e morto. Come afferma la Ferlaino, “Studi come questo aprono le porte allo sviluppo di materiali con proprietà quantistiche nuove e alla possibilità di osservare, qui in laboratorio, fenomeni fisici che si verificano in natura solo in condizioni estreme, come nelle stelle di neutroni”.
La complessità dell’esperimento e la creazione dei vortici
Il risultato raggiunto dal team di Ferlaino è frutto di quasi un anno di lavoro continuo. La creazione di vortici quantistici in un supersolido rappresenta una pietra miliare: osservare come le caratteristiche di solidità e superfluidità possano coesistere era una sfida scientifica considerevole.
In questo esperimento, gli scienziati sono riusciti a creare piccoli vortici all’interno del materiale supersolido. Questi vortici, che ricordano quelli che si possono osservare in fluidi normali come l’acqua, sono un fenomeno noto anche nei superfluidi, ma non erano mai stati osservati in un materiale che possedesse anche caratteristiche solide.
Implicazioni per l’astrofisica e il mistero delle stelle di neutroni
La portata della scoperta va oltre i confini della fisica quantistica. I supersolidi potrebbero infatti rispondere a enigmi cosmici, come quelli legati alle stelle di neutroni, corpi celesti di densità estrema. Studi recenti suggeriscono che alcune strane accelerazioni o “glitch” osservati nelle stelle di neutroni potrebbero essere causati da vortici interni di materia supersolida.
Le stelle di neutroni, resti estremamente densi di esplosioni stellari, presentano una struttura complessa in cui particelle subatomiche sono tenute insieme da forze straordinariamente potenti. Si pensa che al loro interno si creino vortici di materia supersolida che potrebbero spiegare le loro variazioni improvvise nella velocità di rotazione, noti come glitch. Comprendere come questi vortici si formano e si comportano in un ambiente controllato, come quello di un supersolido in laboratorio, potrebbe quindi svelare alcuni misteri sull’evoluzione e il comportamento delle stelle di neutroni.
Potenziali sviluppi tecnologici
Oltre a far luce sull’universo, le proprietà dei supersolidi potrebbero avere applicazioni pratiche. Con la capacità di coesistere in stati solidi e superfluidi, i supersolidi potrebbero rivoluzionare il mondo dei materiali e della tecnologia quantistica. Potremmo in futuro sviluppare componenti estremamente resistenti e allo stesso tempo capaci di adattarsi e scorrere, potenzialmente utili in ambienti che richiedono sia stabilità che flessibilità, come nello spazio profondo o in applicazioni militari avanzate.
Sebbene questa sia solo una speculazione, la scoperta della Ferlaino e del suo team dimostra che esplorare le proprietà quantistiche della materia non è solo una curiosità scientifica, ma una strada per scoprire nuovi materiali e tecnologie che potrebbero un giorno trasformare il nostro modo di vivere e interagire con il mondo.
Verso una nuova era della fisica quantistica
L’esperimento rappresenta non solo un traguardo importante nella ricerca sui supersolidi ma anche un passo avanti verso la comprensione più profonda della fisica quantistica e dei suoi legami con i fenomeni astrofisici. L’abilità del team di Ferlaino nel creare e osservare vortici in questo materiale apre la porta a una nuova fase di sperimentazione sui materiali quantistici, che potrebbe rivelare ulteriori misteri della natura e potenzialmente svelare legami tra il microcosmo e il macrocosmo.
Con le sue future applicazioni pratiche, i supersolidi non sono più solo una curiosità teorica, ma rappresentano una frontiera concreta nel mondo della ricerca sui materiali e della tecnologia. La scoperta di Francesca Ferlaino e del suo team, quindi, non è solo un contributo alla fisica quantistica, ma un dono alla scienza e alla tecnologia del futuro.
