Scoperto nuovo stato della Materia: Supersolidità Bidimensionale in un Gas Quantistico Dipolare

FISICA QUANTISTICA – Un team di ricercatori dell’Università di Innsbruck, Pisa e Stoccarda ha annunciato la scoperta di un nuovo stato della materia. Il team ha affermato che questa materia ha la struttura di un cristallo, tuttavia le particelle al suo interno scorrono come il liquido.

Un recente studio su Nature ha evidenziato che gli stati super-solidi presentano contemporaneamente proprietà tipicamente associate a un solido e a un superfluido. Come solidi, hanno un ordine cristallino, manifestandosi come una modulazione periodica della densità delle particelle. Ma a differenza di un tipico solido, hanno anche proprietà superfluide, come risultato della delocalizzazione coerente delle particelle in tutto il sistema.

A questo proposito, i ricercatori menzionano:

“Questo risultato si dimostra delle proprietà due dimensioni un gas su entrambi i lati una transizione fase strutturale simili quelli che si verificano catene ionici, fili e teoricamente catene particelle. Ciò apre la possibilità di studiare ricche proprietà di eccitazione, inclusa la formazione di vortici e fasi dello stato fondamentale con struttura geometrica variata in un sistema altamente flessibile e controllabile”.

Il team di fisici è riuscito a generare, per la prima volta, in parallelo tra i laboratori delle università di Innsbruck, Pisa e Stoccarda, stati supersolidi da gas quantistici congelati di atomi di lantanidi altamente magnetici.

Francesca Ferlaino, una delle principali autrici dello studio, aggiunge a tal proposito:

“A causa degli effetti quantistici, un gas di atomi molto freddo può sviluppare spontaneamente sia un ordine di un cristallo solido che un flusso di particelle come un liquido quantistico superfluido, cioè un fluido in grado di scorrere senza alcun attrito.

In altre parole ha la struttura di un cristallo, ma le particelle al suo interno ‘fluiscono’ come un liquido, perché delocalizzate”.

Matteo Norcia del team Ferlaino sottolinea:

“La caratteristica di questi atomi che si trovano all’interno di queste gocce ordinate e che formano una struttura cristallina è che ogni particella è delocalizzata attraverso tutte le gocce, esistenti contemporaneamente in ogni goccia”.

Juan José García Ripoll, fisico teorico presso l’Istituto di Fisica Fondamentale, dipendente dal CSIC, cita:

“Fondamentalmente, hai un sistema con una serie di regioni ad alta densità (le goccioline) che condividono gli stessi atomi delocalizzati. Cioè, gli stessi atomi sono in tutte le gocce contemporaneamente, creando un’onda quantistica, in una strana formazione che consente effetti come il flusso senza attritola fluidità più perfetta, in termini colloquiali – nonostante abbia anche uno spazio d’ordine”.

L’obiettivo dello studio va oltre, attualmente gli stati supersolidi nei gas quantistici sono stati osservati solo come una catena di gocce, lungo un’unica dimensione. Ma, in collaborazione con i teorici Luis Santos, della Leibniz Universität Hannover, e Russell Bisset, di Innsbruck, il team è riuscito a espandere il fenomeno a due dimensioni, ampliando le prospettive della ricerca.

Infine, Francesca Ferlaino afferma:

“Ad esempio, in un sistema supersolido bidimensionale, si può studiare come si formano i vortici nel foro tra più gocce, questi vortici descritti in teoria non sono ancora stati dimostrati, ma rappresentano un’importante conseguenza della superfluidità“.