Il decadimento è implacabile nel mondo macroscopico:gli oggetti rotti non si incastrano di nuovo insieme. Però, altre leggi sono valide nel mondo quantistico:una nuova ricerca mostra che le cosiddette quasiparticelle possono decadere e riorganizzarsi di nuovo e diventare così virtualmente immortali. Queste sono buone prospettive per lo sviluppo di memorie dati durevoli.

Come dice il proverbio, niente dura per sempre. Le leggi della fisica lo confermano:sul nostro pianeta, tutti i processi aumentano l'entropia, quindi disordine molecolare. Per esempio, un vetro rotto non si ricomponeva più.

I fisici teorici dell'Università tecnica di Monaco (TUM) e dell'Istituto Max Planck per la fisica dei sistemi complessi hanno scoperto che cose che sembrano inconcepibili nel mondo quotidiano sono possibili a livello microscopico.

"Fino ad ora, l'ipotesi era che le quasiparticelle nei sistemi quantistici interagenti decadano dopo un certo tempo. Ora sappiamo che è vero il contrario:le interazioni forti possono persino fermare del tutto il decadimento, " spiega Frank Pollmann, Professore di Fisica Teorica dello Stato Solido alla TUM. Vibrazioni reticolari collettive nei cristalli, cosiddetti fononi, sono un esempio di tali quasiparticelle.

Il concetto di quasiparticelle è stato coniato dal fisico e premio Nobel Lev Davidovich Landau. Lo usava per descrivere gli stati collettivi di molte particelle o meglio le loro interazioni dovute a forze elettriche o magnetiche. A causa di questa interazione, più particelle agiscono come una sola.

I metodi numerici aprono nuove prospettive

Fino ad ora, non era noto in dettaglio quali processi influenzano il destino di queste quasiparticelle nei sistemi interagenti, " dice Pollmann. "Solo ora disponiamo di metodi numerici con cui possiamo calcolare interazioni complesse e computer con prestazioni sufficientemente elevate da risolvere queste equazioni".

"Il risultato dell'elaborata simulazione:certo, le quasiparticelle decadono, per quanto nuovo, entità particellari identiche emergono dai detriti, "dice l'autore principale, Ruben Verresen. "Se questo decadimento procede molto rapidamente, dopo un certo tempo si verificherà una reazione inversa e i detriti convergeranno nuovamente. Questo processo può ripetersi all'infinito ed emerge un'oscillazione sostenuta tra decadimento e rinascita".

Dal punto di vista fisico, questa oscillazione è un'onda che si trasforma in materia, quale, secondo la dualità meccanica quantistica onda-particella, è possibile. Perciò, le quasiparticelle immortali non trasgrediscono la seconda legge della termodinamica. La loro entropia rimane costante, il decadimento è stato fermato.

Il controllo della realtà

La scoperta spiega anche fenomeni finora sconcertanti. I fisici sperimentali avevano misurato che il composto magnetico Ba3CoSB2O9 è sorprendentemente stabile. Quasiparticelle magnetiche, magnon, ne sono responsabili. Altre quasiparticelle, rotoni, assicurare che l'elio, che è un gas sulla superficie terrestre, diventi un liquido allo zero assoluto che possa fluire senza restrizioni.

"Il nostro lavoro è puramente di ricerca di base, " sottolinea Pollmann. Tuttavia, è perfettamente possibile che un giorno i risultati consentano anche applicazioni, per esempio la costruzione di memorie dati durevoli per futuri computer quantistici.