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Scoperto un nuovo stato della materia: era nascosto nel mondo quantistico

Chiamato stato chirale bose-liquido, può dirci di più sulla struttura e sui meccanismi dell’Universo che ci circonda.
A cura di Valeria Aiello
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Un team di fisici, tra cui Tigran Sedrakyan, assistente professore dell’Università del Massachusetts, ha recentemente annunciato di aver scoperto un nuovo stato della materia. Chiamato stato chirale bose-liquido, questo nuovo stato si trova in condizioni che vanno oltre le normali condizioni della vita quotidiana, in cui la materia può essere solida, liquida o gassosa. Era infatti nascosto nel mondo quantistico, dove le particelle elementari hanno comportamenti unici, meglio descritti in possibilità ed energia.

I ricercatori hanno scoperto il nuovo stato attraverso un “sistema quantistico frustrato” dove dall’interazione delle particelle derivano infinite possibilità. In termini semplici è un sistema con vincoli incorporati che impediscono alle particelle di interagire come altrimenti farebbero normalmente (da qui la frustrazione). Questi vincoli – e la conseguente frustrazione – possono creare risultati entusiasmanti per gli scienziati.

Nel nuovo studio, pubblicato sulla rivista Nature, i ricercatori si sono concentrati sugli elettroni, spiegando quanto accade nel sistema quantistico frustrato attraverso l’analogia del gioco delle sedie musicali. “Anziché avere una sedia su cui sedersi, ogni elettrone deve arrampicarsi e avere molte possibilità su dove ‘sedersi’” ha affermato Sedrakyan.

Rendering del “sistema quantistico frustrato” che vincola le particelle e porta allo stato chirale bose-liquido.
Rendering del “sistema quantistico frustrato” che vincola le particelle e porta allo stato chirale bose-liquido.

La scoperta di un nuovo stato della materia

Il sistema messo insieme dai ricercatori è un dispositivo semiconduttore con due strati: uno strato superiore ricco di elettroni e uno strato inferiore con molti fori disponibili in cui gli elettroni potevano muoversi naturalmente. Non essendoci però abbastanza fori per tutti gli elettroni, i ricercatori hanno osservato ciò che accade in risposta all’applicazione di un campo magnetico ultra forte.

Misurando i movimenti degli elettroni mentre corrono verso le “sedie”, gli studiosi hanno così fornito la prima dimostrazione del nuovo stato chirale bose-liquido della materia. “Sul bordo del doppio strato di semiconduttore – ha precisato il co-autore corrispondente dello studio, il fisico sperimentale Lingjie Du dell’Università di Nanjing, in Cina – . Questo porta a un trasporto di tipo elicoidale, che può essere ulteriormente modulato da campi magnetici esterni man mano che i canali di elettroni e fori vengono gradualmente separati sotto campi più alti”.

Questo nuovo stato della materia ha mostrato alcune proprietà molto interessanti. Ad esempio, gli elettroni possono congelare in uno schema prevedibile e in una direzione di rotazione fissa allo zero assoluto e possono non subire interferenze da parte di altre particelle o campi magnetici. Tale stabilità potrebbe avere applicazioni nei sistemi di archiviazione digitale a livello quantistico.

Oltre a ciò, le particelle esterne che colpiscono un elettrone possono influenzare tutti gli elettroni nel sistema, grazie al fenomeno entanglement quantistico a lungo raggio presente in questo sistema quantistico. Ciò significa che, se pensiamo ad esempio al gioco del biliardo e alla bilia battente, se le altre bilie si trovassero in uno stato liquido bose-chirale, tutte reagirebbero allo stesso modo quando la bilia 8 viene colpita.

Sebbene tutto ciò riguardi la fisica di altissimo livello, scoperte di questo tipo ci avvicinano a una maggiore comprensione del nostro mondo e possono dirci di più sulla struttura e sui meccanismi dell’Universo che ci circonda.

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