I fisici dell'Università di Bonn sono riusciti a mettere un gas superconduttore in uno stato esotico. I loro esperimenti consentono nuove intuizioni sulle proprietà della particella di Higgs, ma anche nelle caratteristiche fondamentali dei superconduttori. La pubblicazione, che è già disponibile online, apparirà presto sul giornale Fisica della natura .

Per i loro esperimenti, scienziati dell'Università di Bonn hanno usato un gas composto da atomi di litio, che si sono raffreddati notevolmente. A una certa temperatura, lo stato del gas cambia bruscamente:diventa un superconduttore che conduce una corrente senza alcuna resistenza. I fisici parlano anche di una transizione di fase. Un simile cambiamento improvviso si verifica con l'acqua quando gela.

Il gas di litio cambia in uno stato più ordinato durante la sua transizione di fase. Ciò include la formazione delle cosiddette coppie di Cooper, che sono combinazioni di due atomi che si comportano come una singola particella verso l'esterno.

Atomi che ballano in coppia

Queste coppie si comportano in modo fondamentalmente diverso dai singoli atomi:si muovono insieme e possono farlo senza disperdersi su altri atomi o coppie. Questa è la ragione della superconduttività. Ma cosa succede quando cerchi di eccitare le coppie?

"Abbiamo illuminato il gas con radiazioni a microonde, " spiega il Prof. Dr. Michael Köhl dell'Istituto di Fisica dell'Università di Bonn. "Questo ci ha permesso di creare uno stato in cui le coppie iniziano a vibrare e la qualità della superconduttività quindi oscillava molto rapidamente:un momento il gas era un buon superconduttore, la prossima brutta".

Questa oscillazione comune delle coppie di Cooper corrisponde al bosone di Higgs scoperto al CERN Accelerator nel 2013. Poiché questo stato è molto instabile, solo una manciata di gruppi di lavoro in tutto il mondo sono riusciti a produrlo.

Gli esperimenti consentono di approfondire alcune proprietà fisiche del bosone di Higgs. Per esempio, i fisici sperano che studi come questi consentano loro di comprendere meglio il decadimento di questa particella dalla vita estremamente breve nel medio termine.

Superconduttori a commutazione rapida

Ma gli esperimenti sono interessanti anche per un altro motivo:mostrano un modo per attivare e disattivare la superconduttività molto rapidamente. I superconduttori normalmente cercano di rimanere nel loro stato conduttivo il più a lungo possibile. Possono essere dissuasi dal riscaldamento, ma questo è un processo molto lento. Gli esperimenti mostrano che in linea di principio questo può anche essere oltre mille volte più veloce. Questa intuizione potrebbe aprire applicazioni completamente nuove per i superconduttori.

Il successo degli scienziati di Bonn si basa anche su una proficua collaborazione tra teoria ed esperimento:"Avevamo previsto teoricamente i fenomeni, " spiega la prof.ssa Dr. Corinna Kollath dell'Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik dell'Università di Bonn. "Durante gli esperimenti presso l'Istituto di fisica, Il prof. Köhl e i suoi colleghi sapevano esattamente cosa cercare."