Credito:Istituto di fisica di Leiden
La topologia è un campo emergente in molte discipline scientifiche, anche portando a un premio Nobel per la fisica nel 2016. Il fisico di Leiden Marcello Caio e i suoi colleghi hanno ora scoperto l'esistenza di correnti topologiche in analogia alle correnti elettriche. La loro ricerca è pubblicata in Fisica della natura .
Le persone attribuiscono proprietà a oggetti come il colore, temperatura e fase:gassosa, liquido o solido. Ad esempio, un punto specifico sulla superficie di una ciambella è marrone, solido e a temperatura ambiente. Le proprietà topologiche sono diverse. Contengono informazioni sull'intero oggetto. Ad esempio, una ciambella ha un buco. È impossibile contare il numero di buchi concentrandosi su una parte specifica della ciambella. Devi considerarlo nel suo insieme. La topologia si è dimostrata importante in molti campi scientifici. Nel 2016, Per esempio, il lavoro sulla topologia è stato riconosciuto con il premio Nobel per la fisica.
Il cosiddetto indice di Chern è un altro, anche se molto astratto, quantità topologica. Questo è un caso speciale in topologia. Recentemente, è stato scoperto che l'indice di Chern ha una densità, chiamata marcatore di Chern. Questo fornisce informazioni sulla topologia di un intero sistema anche solo guardando a livello locale. La linea continua in figura 1 mostra la distribuzione spaziale del marker Chern, dove ogni punto locale ha il suo valore. (Si noti che questo grafico non avrebbe senso per una proprietà globale come il numero di buchi in un oggetto.) I punti locali devono tuttavia rispettare una regola a livello globale:la media di tutti i valori locali dovrebbe essere sempre zero.
il fisico di Leida Marcello Caio, insieme a un team di scienziati del Regno Unito, ora ha scoperto che se perturbi un sistema, i valori Chern locali si distribuiranno scorrendo dai confini verso l'interno del sistema. In contrasto, le proprietà topologiche globali sono robuste contro le perturbazioni:il numero di buchi in una ciambella cambia solo dopo un grosso morso. Nella figura 1, una perturbazione fa rimodellare il grafico per continuare a rispettare il requisito che il suo integrale dovrebbe essere zero. Caio e i suoi colleghi hanno scoperto che questo non avviene istantaneamente, quindi deve esserci un flusso del marker Chern attraverso il sistema. Questo costituisce la corrente topologica, analogamente a una corrente elettrica convenzionale.
Tre grafici per la distribuzione spaziale (y) del marker di Chern (c) in tempi diversi. La linea continua mostra lo stato iniziale quando si verifica una piccola perturbazione ai bordi. Le due linee tratteggiate mostrano la distribuzione del marcatore Chern dopo un po' di tempo. È chiaro che la perturbazione scorre (non istantaneamente) verso il centro. Ciò significa che stiamo guardando una corrente topologica.
Caio dice, "In un lontano futuro, ciò potrebbe consentire lo sviluppo di nuovi dispositivi basati su correnti topologiche oltre alle correnti elettriche. Ci sono molti spazi per la ricerca in questa direzione. Ci sono altri modi per creare questa corrente? Possiamo guidarli? Ci sono molte possibilità entusiasmanti".
