Non devi essere perfettamente organizzato per tirare fuori un'onda, secondo gli scienziati dell'Università di Chicago.

Utilizzando una serie di giroscopi collegati tra loro, i fisici hanno esplorato il comportamento di un materiale la cui struttura è disposta in modo casuale, invece di un reticolo ordinato. Hanno scoperto che potevano innescare increspature unidirezionali attorno ai bordi, proprio come gli spettatori in un'arena sportiva, un'"onda topologica, " caratteristica di uno stato della materia particolarmente insolito.

Pubblicato il 15 gennaio in Fisica della natura , la scoperta offre nuove informazioni sulla fisica del movimento collettivo e potrebbe un giorno avere implicazioni per l'elettronica, ottica o altre tecnologie.

Il gruppo, guidato dall'Ass. Prof. William Irvine, usava i giroscopi, i giocattoli migliori con cui giocavi da bambino, come sistema modello per esplorare la fisica. Poiché i giroscopi si muovono in tre dimensioni, se li colleghi con le molle e li fai girare con i motori, puoi osservare ogni genere di cose sulle regole che governano il modo in cui gli oggetti si muovono insieme.

Due anni fa, il team ha osservato un comportamento strano nei loro giroscopi:a determinate frequenze, potevano scatenare un'onda che viaggiava intorno ai bordi del materiale in una sola direzione. Questo era strano, ma aveva alcune controparti in altri rami della fisica. È un comportamento caratteristico di uno stato della materia scoperto di recente chiamato isolante topologico.

Ma dopo, cercando di trovare le condizioni veramente essenziali, hanno modificato il modello dei giroscopi. Dove prima i giroscopi erano stati ordinatamente allineati in file equidistanti, come il reticolo in un cristallo, Irvine e la squadra hanno sparpagliato i punti a caso.

Hanno acceso i giroscopi, e ancora vedevo le onde.

Questo è estremamente strano. Tradizionalmente, l'ordine reticolare è molto importante nelle proprietà fisiche. È un po' come se ogni volta che lanciassi una manciata di pezzi di un puzzle sul tavolo, rendeva ancora un'immagine riconoscibile.

"Tutto fino a questo punto è stato progettato. Abbiamo pensato che dovessi costruire un reticolo particolare, e che determina dove va l'onda, " disse Irvine. "Ma quando abbiamo chiesto che cosa è successo se hai tolto l'ordine spaziale, nessun piano di cristallo, nessuna struttura chiara... la risposta è sì. Funziona e basta."

"Anche un comportamento collettivo con radici locali è davvero interessante perché è un modo molto più semplice di produrre un materiale, " ha detto lo studente laureato Noah Mitchell, il primo autore sulla carta. "Si pensava che l'ordine spaziale dovesse essere coordinato a livello globale, ma il fatto che le proprietà locali siano sufficienti potrebbe aprire molte possibilità".

Ci sono molti materiali nel mondo di tutti i giorni che non hanno una struttura cristallina, compreso polistirolo, bicchiere, schiuma, plastica e gomma. La fisica alla base di questi sistemi è meno compresa rispetto alle loro controparti cristalline, ma man mano che la capacità degli scienziati di ingegnerizzarli, compresi i sistemi quantistici e i metamateriali, cresce, interessano sempre di più. Se questi materiali amorfi potessero mostrare alcune delle proprietà dei cristalli, potrebbe gettare le basi per nuove tecnologie.