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    Le particelle quantistiche formano goccioline

    Le goccioline quantistiche possono preservare la loro forma in assenza di confinamento esterno a causa degli effetti quantistici. Credito:IQOQI/Harald Ritsch

    In esperimenti con atomi magnetici condotti a temperature estremamente basse, gli scienziati hanno dimostrato una fase unica della materia:gli atomi formano un nuovo tipo di stato quantistico liquido o goccia quantistica. Queste cosiddette goccioline quantistiche possono preservare la loro forma in assenza di confinamento esterno a causa degli effetti quantistici. Il team congiunto di fisici sperimentali di Innsbruck e fisici teorici di Hannover riportano i loro risultati sulla rivista Revisione fisica X .

    "Le nostre goccioline quantistiche sono in fase gassosa ma continuano a cadere come una roccia, " spiega la fisica sperimentale Francesca Ferlaino parlando dell'affascinante esperimento. In laboratorio, il suo team ha osservato come le macrogoccioline si sono formate in un gas quantistico. Gli scienziati sono rimasti sorpresi nello scoprire che le goccioline quantistiche erano tenute insieme quasi senza intervento esterno e unicamente da effetti quantistici. Questa scoperta del gruppo di ricerca di Innsbruck, e un lavoro simile svolto contemporaneamente da un gruppo di ricerca dell'Università di Stoccarda che lavora con l'elemento magnetico disprosio, apre un'area di ricerca completamente nuova nel campo dei gas quantistici ultrafreddi.

    Nel loro esperimento i ricercatori hanno prodotto un condensato di Bose-Einstein di atomi di erbio a temperature estremamente basse in una camera a vuoto. Hanno quindi controllato l'interazione delle particelle utilizzando un campo magnetico esterno. Le proprietà uniche degli atomi magnetici hanno permesso di sopprimere le interazioni regolari fino al punto che le correlazioni quantistiche sono diventate la forza trainante. Con il suo team Ferlaino è stata in grado di dimostrare che le fluttuazioni quantistiche portano a un'efficace repulsione delle particelle che fornisce la tensione superficiale necessaria per stabilizzare una gocciolina quantistica contro il collasso. "Nel nostro esperimento abbiamo, per la prima volta, realizzato un crossover controllato da un condensato di Bose-Einstein, che si comporta come un gas superfluido, in una singola gocciolina quantistica gigante simile a un liquido di 20, 000 atomi, " spiega il fisico sperimentale e primo autore dello studio Lauriane Chomaz. Grazie allo squisito controllo delle interazioni interatomiche nell'esperimento, i fisici sono stati in grado di dimostrare in modo conclusivo l'importanza delle fluttuazioni quantistiche confrontando i loro dati sperimentali con la teoria sviluppata dal gruppo di ricerca di Luis Santos presso l'Università di Hannover.

    L'eccellente accordo tra teoria ed esperimento ha svelato il ruolo delle fluttuazioni quantistiche insieme alle proprietà controintuitive di questa nuova fase della materia, che si trova tra i condensati gassosi di Bose-Einstein e l'elio superfluido liquido. Ulteriori indagini su questo stato di goccioline possono contribuire ad aumentare la nostra conoscenza della superfluidità. Accanto all'elio, una goccia quantica è l'unico sistema superfluido di tipo liquido conosciuto. I gas quantistici ultrafreddi offrono una piattaforma unica e perfetta per studiare questo fenomeno grazie alla loro elevata purezza e sintonizzabilità. A lungo termine, questa fase della materia potrebbe portare a nuove intuizioni rilevanti per gli studi di supersolidità, che è materia condensata superfluida.

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