La fisica moderna ci ha abituato a nozioni strane e controintuitive della realtà, in particolare la fisica quantistica che è famosa per lasciare oggetti fisici in strani stati di sovrapposizione. Per esempio, Il gatto di Schrödinger, che si trova incapace di decidere se è vivo o morto. A volte però la meccanica quantistica è più decisiva e persino distruttiva.

Le simmetrie sono il Santo Graal per i fisici. Simmetria significa che si può trasformare un oggetto in un certo modo che lo lascia invariante. Per esempio, una palla rotonda può essere ruotata di un angolo arbitrario, ma sembra sempre lo stesso. I fisici dicono che è simmetrico rispetto alle rotazioni. Una volta identificata la simmetria di un sistema fisico è spesso possibile prevederne la dinamica.

A volte però le leggi della meccanica quantistica distruggono una simmetria che esisterebbe felicemente in un mondo senza meccanica quantistica, cioè i sistemi classici. Anche ai fisici questo sembra così strano che hanno chiamato questo fenomeno "anomalia".

Per la maggior parte della loro storia, queste anomalie quantistiche erano confinate al mondo della fisica delle particelle elementari esplorato in enormi laboratori di acceleratori come il Large Hadron Collider al CERN in Svizzera. Ora però, un nuovo tipo di materiali, i cosiddetti semimetalli Weyl, simile al grafene 3-D, permetterci di mettere l'anomalia quantistica che distrugge la simmetria al lavoro nei fenomeni quotidiani, come la creazione di corrente elettrica.

In questi materiali esotici gli elettroni si comportano effettivamente allo stesso modo delle particelle elementari studiate negli acceleratori ad alta energia. Queste particelle hanno la strana proprietà di non poter essere ferme:devono muoversi sempre con una velocità costante. Hanno anche un'altra proprietà chiamata spin. È come un minuscolo magnete attaccato alle particelle e sono di due specie. La rotazione può puntare nella direzione del movimento o nella direzione opposta.

Quando si parla di particelle destrorse e mancine questa proprietà si chiama chiralità. Normalmente le due diverse specie di particelle, identici tranne che per la loro chiralità (mano), verrebbero con simmetrie separate allegate a loro e il loro numero sarebbe conservato separatamente. Però, un'anomalia quantistica può distruggere la loro pacifica convivenza e trasformare una particella levogira in una particella destrorsa o viceversa.

Apparso in un articolo pubblicato oggi in Natura , un team internazionale di fisici, scienziati dei materiali e teorici delle stringhe, hanno osservato un tale materiale, un effetto di un'anomalia quantistica molto esotica che fino a quel momento si pensava fosse innescato solo dalla curvatura dello spazio-tempo come descritto dalla teoria della relatività di Einstein. Ma con sorpresa della squadra, hanno scoperto che esiste anche sulla Terra nelle proprietà della fisica dello stato solido, su cui si basa gran parte dell'industria informatica, spaziando dai minuscoli transistor ai data center cloud.

"Per la prima volta, abbiamo osservato sperimentalmente questa fondamentale anomalia quantistica sulla Terra che è estremamente importante per la nostra comprensione dell'universo, " ha detto il dottor Johannes Gooth, uno scienziato IBM Research e autore principale dell'articolo. "Ora possiamo costruire nuovi dispositivi a stato solido basati su questa anomalia che non sono mai stati considerati prima per aggirare potenzialmente alcuni dei problemi inerenti ai dispositivi elettronici classici, come i transistor".

Nuovi calcoli, utilizzando in parte i metodi della teoria delle stringhe, ha mostrato che questa anomalia gravitazionale è anche responsabile della produzione di una corrente se il materiale viene riscaldato contemporaneamente all'applicazione di un campo magnetico.

"Questa è una scoperta incredibilmente eccitante. Possiamo chiaramente concludere che la stessa rottura della simmetria può essere osservata in qualsiasi sistema fisico, se è accaduto all'inizio dell'universo o sta accadendo oggi, proprio qui sulla Terra, " ha affermato il Prof. Dr. Karl Landsteiner, un teorico delle stringhe presso l'Instituto de Fisica Teorica UAM/CSIC e coautore dell'articolo.

Gli scienziati IBM prevedono che questa scoperta aprirà una serie di nuovi sviluppi sui sensori, interruttori e refrigeratori termoelettrici o dispositivi di raccolta dell'energia, per un migliore consumo di energia.