In un condensato di Bose-Einstein di atomi dipolari (frecce bianche), si formeranno dense “goccioline” (blu scuro) a causa dell'intricata interazione tra il potenziale di intrappolamento (linea grigia), le interazioni dipolari e di contatto degli atomi, e fluttuazioni quantistiche. Il Modugno, Pfau, e Ferlaino hanno creato le condizioni per ottenere la coerenza tra le singole goccioline, che è mediato dallo sfondo di atomi condensati di Bose (azzurro) nella trappola. Questa coerenza fornisce una firma indiretta di supersolidità. Credito:APS/Alan Stonebraker/ Physics
Tre team di ricercatori che lavorano indipendentemente l'uno dall'altro hanno dimostrato che alcuni gas quantistici dipolari sono in grado di supportare uno stato di proprietà supersolide. Un team guidato da Giovanni Modugno dell'Università di Firenze ha pubblicato i risultati in Lettere di revisione fisica . La seconda squadra, guidato da Tilman Pfau dell'Università di Stoccarda, ha pubblicato i loro risultati in Revisione fisica X , e il terzo, guidato da Francesca Ferlaino dell'Università di Innsbruck ha caricato i suoi risultati sul arXiv server di prestampa.
I supersolidi sono materiali teorizzati con atomi disposti nella periodicità spaziale dei cristalli, ma sono in grado di scorrere come un liquido se esposti a condizioni estremamente fredde. In sostanza, sono solidi che possono fluire come un liquido. Per le loro caratteristiche uniche, i ricercatori hanno provato a crearli in laboratorio, ma fino ad ora, hanno riscontrato scarso successo. In questi tre nuovi sforzi, tutti e tre i team affermano di aver utilizzato la teoria e la sperimentazione per dimostrare che i gas quantistici dipolari possono supportare uno stato di proprietà supersolide:tutti e tre i team hanno ottenuto questo risultato utilizzando i condensati di Bose-Einstein (BEC), che sono in particolare superfluidi.
La maggior parte degli sforzi per creare supersolidi sono iniziati con tentativi di forzare un superfluido in una struttura simile a un cristallo mantenendo la sua capacità di fluire, ma tali sforzi non sono andati a buon fine. Già nel 2003, due team di ricercatori hanno proposto l'idea di ingegnerizzare le interazioni atomiche tramite l'accoppiamento dipolare a lungo raggio, un'idea che si è mostrata promettente ma non ha ancora portato alla creazione di un supersolido. Tutte e tre le squadre in questi nuovi sforzi hanno basato i loro sforzi su questa idea utilizzando BEC perché hanno momenti di dipolo magnetico naturalmente forti, ritenuto una parte necessaria della creazione di un supersolido.
Tutti e tre i team hanno lavorato con l'idea che dense "goccioline" si formeranno in un BEC nelle giuste condizioni, in cui le giuste interazioni porterebbero alla coerenza tra le goccioline, consentendo la creazione di una struttura cristallina, il tutto mantenendo le proprietà di flusso del BEC originale.
Due delle squadre, quelli guidati da Modugno e Pfau, hanno utilizzato l'isotopo disprosio-162 nel loro lavoro a causa delle forze repulsive che dominano le interazioni dipolari. La terza squadra ha utilizzato altri due isotopi, disprosio-164 ed erbio-166 a causa delle loro interazioni dipolari dominanti. Alla fine, tutti e tre hanno dimostrato che i gas dipolari possono essere usati per mostrare le proprietà di un supersolido in un materiale.
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