Nel laboratorio del CNR di Lecce è stata scritta la storia, quando per la prima volta la luce è stata trasformata in un supersolido. La ricerca tutta italiana segna un passo importante per la comprensione della fisica quantistica.
La ricerca
Siamo nei laboratori del Consiglio Nazionale della Ricerca (il CNR di Lecce), dove un gruppo di ricercatori sta conducendo degli esperimenti sulla luce.
La luce è sempre stata molto studiata e ammirata, per le sue caratteristiche particolari, ma questa è stata la prima volta che qualcuno riesce a trasformarla in super solido, uno stato della materia particolare e misterioso.
Il comportamento anomalo della luce era già stato dimostrato molti anni fa. Inizialmente, tra l’800 e il ‘900 Einstein e Maxwell dimostrarono la natura dualistica di onda-particella della luce, ovvero la capacità della luce di comportarsi tanto come un’onda, quanto come una particella.
Oggigiorno la luce è tornata sotto i riflettori con molte ricerche che la studiano nel dettaglio. Prima fra tutte è proprio la ricerca condotta nel CNR di Lecce e pubblicata sulla rivista Nature.
Cos’è un supersolido
Facciamo prima di tutto un passo indietro e cerchiamo di capire cosa è un supersolido.
Abbiamo imparato che lo stato della materia si divide in solido, liquido e gassoso. Tuttavia, le più recenti ricerche scientifiche hanno dimostrato che esistono altri stati della materia, non contemplati in questi tre, e a metà strada tra due di questi.
Nel caso specifico del supersolido si tratta di uno stato della materia a metà strada tra il solido e il superliquido. Osservandolo da vicino, infatti, notiamo una struttura ordinata come avviene nei solidi, ma un’elevata fluidità, priva di attrito, tipica dei superliquidi.
L’esperimento sulla luce
Nell’esperimento condotto dagli scienziati del CNR è stato ripreso uno studio di circa dieci anni fa, di Danielle Sanvito, dove veniva mostrata la luce comportarsi come un liquido.
Gli scienziati hanno sostituito gli atomi ultra freddi, utilizzati per ottenere i superliquidi, con arsenurio di gallio e alluminio, creando un semiconduttore. Sul semiconduttore è stato poi sparato un fascio laser. Tale collisione ha creato delle particelle ibride, conosciute in fisica come polaritoni. Le particelle interagendo tra di loro hanno dato vita al supersolido.
“Non è un oggetto solido nel senso classico, se mi cade in testa non mi fa male. Ma sì, esiste: il nostro supersolido è insensibile ai difetti, come un liquido, ma acquisisce una struttura ordinata. Come un solido.
La nostra piattaforma di lavoro è ibrida, composta da luce e materia: in pratica abbiamo creato un condensato di fotoni, una forma particolare di questi che chiamiamo polaritoni e li abbiamo trasformati iin un supersolido”, spiega Antonio Gianfrate, co firmatario della ricerca sulla luce, fisico esperto di nanotecnologie del CNR di Lecce.
Da luce a supersolido
“Si tratta appunto di un oggetto, che può dunque essere manipolato più facilmente rispetto ai condensati atomici, pur avendo caratteristiche simili” – Antonio Gianfrate.
Gli scienziati hanno osservato il risultato ottenuto e visto che esso aveva contemporaneamente le caratteristiche di un solido e quelle di un superliquido. Per la prima volta è stato realizzato un supersolido di luce.
Ma questo cosa comporta? La ricerca potrebbe aprire le porte a una migliore comprensione della fisica quantistica e per nuove possibili innovazioni tecnologiche.
“Siamo ancora agli inizi, questa implementazione ha bisogno ancora di quella che viene definita ricerca fondamentale.
Capita di utilizzare l’intelligenza artificiale, è uno strumento onnipresente, è ormai paragonabile all’utilizzo dei motori di ricerca. Ma ai sistemi AI abbiamo relegato le parti più tediose, quelle ripetitive. La scoperta scientifica può nascere solo dalla scintilla umana, dalla capacità di pensare e creare nuove strade, originali, verso la comprensione sempre più profonda della realtà che ci circonda” – Antonio Gianfrate.