Supersolido che ruota senza inerzia

Supersolido che ruota senza inerzia: Scoperta proprietà del nuovo stato quantistico della materia. Scopriamo insieme di cosa si tratta e com’è nata la ricerca.

Cos’è un supersolido

Supersolido è lo stato della materia condensata che possiede contemporaneamente una struttura cristallina e le proprietà di un superfluido. In particolare questo tipo di materia è costituita da atomi che possono scorrere senza attrito.

Si tratta di un materiale nel quale gli atomi hanno raggiunto lo stato quantico di minima energia e gli atomi riescono a scorrere tra di loro con viscosità nulla.

Supersolido: i passi avanti della Fisica

Un esperimento ha dimostrato che il supersolido, una nuova forma di materia scoperta nel 2018, può ruotare senza inerzia.

Un passo avanti nella fisica del futuro perché questa nuova forma di materia unisce le caratteristiche di un solido con quelle di un superfluido.

Protagonista della ricerca è un team dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche di Pisa (Cnr-Ino), del Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (Lens) di Firenze e del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Firenze che ha pubblicato lo studio su Science.

Come sono arrivati alla scoperta di questa nuova forma di materia? Scopriamolo.

La ricerca del supersolido

Nel 2019 gli stessi ricercatori avevano già dimostrato che un gas superfluido a temperature molto basse può sviluppare una struttura solida. Questo avviene se gli atomi nel gas sono fortemente magnetici. Da qui nasce il supersolido.

Gli atomi si comportano come potenti magneti, interagendo fra loro in modo da formare una struttura periodica.

Nonostante ciò la ricerca ha anche evidenziato che questi atomi non sono bloccati e possono muoversi liberamente attraverso il sistema, come in un superfluido.

In questa nuova ricerca gli studiosi hanno verificato l’esattezza delle teorie di 50 anni fa del premio Nobel A. J. Leggett, che aveva ipotizzato l’esistenza del supersolido e aveva argomentato che il nuovo stato della materia avrebbe dovuto avere un’inerzia intermedia tra quella di un superfluido e quella di un solido normale.

L’idea del superfluido

Per mettere in rotazione un materiale normale (solido, liquido o gassoso), bisogna imprimergli una certa forza. In sostanza, dobbiamo dargli una certa velocità che è quantificata attraverso il cosiddetto momento di inerzia.

È noto che i superfluidi, come l’elio liquido, ruotano senza inerzia perché le loro particelle sono delocalizzate lungo tutto il sistema. Per questo non si può seguire il moto delle singole particelle.

I ricercatori hanno usato una tecnica simile al pendolo di torsione dell’elio, con il gas che ruotava avanti e indietro come se fosse attaccato a una molla. Dalla frequenza di oscillazione hanno dedotto l’inerzia del supersolido può essere grande oppure piccola, sebbene esso abbia una struttura solida molto chiara.

Questa osservazione dimostra la coesistenza nel supersolido della superfluidità e di una struttura solida, una svolta concettuale nella fisica della materia.

Sebbene il supersolido sia piccolo e viva in condizioni estreme di temperatura e pressione rappresenta un terreno di prova molto importante per idee su materiali innovativi.

I fenomeni che stiamo riscontrando nel supersolido hanno un’analogia fortissima con i superconduttori. La speranza è che un giorno, avendo compreso tutte le proprietà di base del supersolido, sia possibile progettarle su altri tipi di superfluidi e superconduttori che possano vivere anche fuori dal laboratorio.

Prospettive di sviluppo

Grazie a queste scoperte ci sono importanti prospettive di sviluppo.

Gli eccellenti risultati ottenuti da questa importante linea di ricerca mostrano come gli atomi ultra freddi possano fare da base per la simulazione di altri dispositivi quantistici.

Il Cnr sta investendo su questo aspetto, creando a Firenze e Pisa una infrastruttura nazionale per la realizzazione di coprocessori quantistici che verranno presto messi a disposizione anche del settore produttivo.

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