Se vedi persone che camminano lungo una strada e arrivano a un incrocio, è difficile prevedere quale direzione potrebbero prendere. Ma, se vedi persone sedute in barche separate, galleggiando lungo un ruscello, e il torrente si divide in due canali, è probabile che la maggior parte, se non tutto, di loro saranno trasportati lungo un canale, il canale che ha il flusso più forte.

Gli scienziati della Quantum Dynamics Unit dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) stanno osservando qualcosa di simile, ma la loro ricerca è su una scala molto più piccola. Stanno eseguendo esperimenti per vedere come il movimento degli elettroni è influenzato dal fluido. Questo studio è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica .

Professor Denis Konstantinov, chi dirige l'Unità, ha dimostrato il concetto con un pezzo di filo. "Se facciamo passare una corrente elettrica attraverso un pezzo di filo, allora sappiamo che gli elettroni si sposteranno da un'estremità all'altra. Se dividiamo il filo in due, metà degli elettroni scorrerà lungo un lato, e l'altra metà scorrerà nell'altra."

Ciò è dovuto alla legge di Ohm, una legge fisica, che afferma che la corrente elettrica è proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza, quindi se la resistenza si distribuisce equamente tra due canali, metà degli elettroni scenderà in ogni canale.

"Ma, "Il professor Konstantinov ha spiegato. "Se gli elettroni sono seduti su un liquido, piuttosto che in un solido, potrebbero infrangere la legge di Ohm. Questo è ciò che volevamo misurare".

Questa teoria deriva dal concetto di polarone, che è un elettrone che è "vestito" da una nuvola del mezzo in cui si trova. Questo lo rende più pesante, più lento e cambia il suo comportamento. In precedenza i polaroni sono stati discussi in termini di cristalli ionici nei solidi, ma molto più raramente nei liquidi.

I ricercatori hanno utilizzato elio superfluido, che ha diverse proprietà uniche. Per esempio, rimane in forma liquida a temperature fino allo zero assoluto, quando qualsiasi altro liquido si sarebbe congelato, e si comporta come un fluido a viscosità zero, o nessuna resistenza. Gli elettroni sarebbero in grado di sedersi solo sopra, piuttosto che affondare. Così, ha fornito ai ricercatori un sistema di elettroni 2-D.

Hanno creato una piccola struttura, sulla scala dei micrometri, di tre serbatoi collegati da un incrocio a T, e sommerse leggermente questa struttura in elio superfluido.

Mentre gli elettroni si muovevano e disturbavano il liquido, hanno creato onde capillari, o increspature. Ad alte densità di elettroni, gli elettroni rimasero intrappolati nella fossetta superficiale delle onde. Questi sono leggermente diversi dai tradizionali polaroni, così i ricercatori li hanno chiamati ripplopolarons, ispirati dalle loro somiglianze con le increspature sull'acqua.

"La legge di Ohm afferma che gli elettroni dovrebbero dividersi alla giunzione a T, " ha detto il professor Konstantinov, "Ma, a causa della conservazione della quantità di moto, il flusso del fluido dovrebbe continuare a scendere lungo il percorso rettilineo. Abbiamo teorizzato che i ripplopolaroni, gli elettroni intrappolati, avrebbero infranto la legge di Ohm e sarebbero stati portati tutti nella stessa direzione".

I ricercatori hanno applicato un campo elettrico, che ha spostato i ripplopolaroni fuori dal serbatoio sinistro. Mentre si muovevano lungo il canale, arrivarono al bivio, e potrebbe girare e andare al serbatoio laterale o continuare dritto al serbatoio destro.

Era come avevano predetto i ricercatori. I ripplopolaroni continuavano dritti dal serbatoio sinistro al serbatoio destro, seguendo la conservazione della quantità di moto piuttosto che la legge di Ohm.

Però, questo comportamento di violazione della legge si è verificato solo in determinate situazioni. La densità degli elettroni doveva essere alta, o i ripplopolaroni non si formerebbero, e la temperatura doveva essere bassa, o le onde si sarebbero semplicemente staccate. Quando i ricercatori hanno condotto l'esperimento nella direzione opposta, hanno trovato lo stesso movimento unidirezionale, ma quando hanno fatto uscire gli elettroni dal serbatoio laterale, hanno scoperto che i ripplopolaroni si sarebbero schiantati contro il muro in alto, le onde scomparirebbero e gli elettroni [ora liberi] seguirebbero ancora una volta la legge di Ohm.

Sebbene ci siano applicazioni per capire come funzionano gli elettroni, questo esperimento è stato guidato principalmente dalla curiosità. "Volevamo sapere come gli elettroni sono influenzati dal mezzo in cui si trovano, " ha detto il professor Konstantinov, "Per noi, era la scoperta che era eccitante. Ma è anche importante comprendere queste proprietà. Gli elettroni nei fluidi potrebbero essere utili quando si tratta di costruire qubit, le minuscole parti che compongono i computer quantistici. Se potessimo usare gli elettroni nei fluidi per i qubit, potremmo creare un flessibile, architettura mobile per i computer."