Il legame comune tra i televisori a cristalli liquidi e la nascita dell'universo, quando guardi il quadro generale, è che entrambi sono caratterizzati dall'intrigante fenomeno per cui la materia cambia bruscamente di stato.

Gli scienziati vogliono capire e controllare meglio il comportamento delle particelle nel momento esatto in cui queste cosiddette transizioni di fase, un cambiamento di energia in un sistema, si verifica un processo simile a quello in cui l'acqua evapora o si trasforma in ghiaccio.

Uno studio pubblicato il 18 dicembre in Fisica della natura degli scienziati dell'Università di Chicago hanno osservato nei minimi dettagli come si comportano le particelle mentre il cambiamento avviene. Oltre a far luce sulle regole fondamentali che governano l'universo, comprendere tali transizioni potrebbe aiutare a progettare tecnologie più utili.

Una delle domande era se, mentre le particelle si preparano alla transizione tra stati quantistici, possono agire come un gruppo coerente che "conosce" gli stati degli altri, o se particelle diverse agiscono solo indipendentemente l'una dall'altra, o incoerente.

Cheng Chin, professore presso il Dipartimento di Fisica, e il suo team ha esaminato una configurazione sperimentale di decine di migliaia di atomi raffreddati quasi allo zero assoluto. Quando il sistema ha attraversato una transizione di fase quantistica, hanno misurato il suo comportamento con un sistema di imaging estremamente sensibile.

La saggezza convenzionale era che gli atomi dovessero evolvere in modo incoerente dopo la transizione, un segno distintivo dei vecchi modelli "classici" piuttosto che quantistici della fisica. "In contrasto, abbiamo trovato una forte evidenza di dinamiche coerenti, " ha detto lo studente laureato Lei Feng, il primo autore dello studio. "In nessun momento diventano particelle classiche; si comportano sempre come onde che evolvono in sincronia tra loro, che dovrebbe dare ai teorici un nuovo ingrediente da includere nel modo in cui modellano tali sistemi che sono fuori equilibrio".

Questa domanda arriva alle regole fondamentali che governano il modo in cui la materia interagisce nel nostro universo, ma come sempre, ha anche considerazioni pratiche. Per esempio, gli ingegneri che cercano di costruire computer quantistici sono molto interessati a mantenere la coerenza di un gruppo di bit quantistici interagenti, perché hanno bisogno di mantenere coerente il loro sistema per costruire computer più veloci. I cosmologi sono interessati alla fisica di tali transizioni perché descrivono i primi momenti dell'universo mentre si espandeva e cambiava rapidamente.

"La nostra osservazione ci manda oltre l'immagine convenzionale di tali transizioni che gli scienziati davano per scontate, " disse Mento.