Molti fenomeni del mondo naturale evidenziano simmetrie nella loro evoluzione dinamica che aiutano i ricercatori a comprendere meglio il meccanismo interno di un sistema. Nella fisica quantistica, però, queste simmetrie non sono sempre raggiunte. In esperimenti di laboratorio con atomi di litio ultrafreddi, i ricercatori del Center for Quantum Dynamics dell'Università di Heidelberg hanno dimostrato per la prima volta la deviazione teoricamente prevista dalla simmetria classica. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Scienza .

"Nel mondo della fisica classica, l'energia di un gas ideale aumenta proporzionalmente alla pressione applicata. Questa è una diretta conseguenza della simmetria di scala, e la stessa relazione è vera in ogni sistema invariante di scala. Nel mondo della meccanica quantistica, però, le interazioni tra le particelle quantistiche possono diventare così forti che questa simmetria di scala classica non si applica più, " spiega il Professore Associato Dr. Tilman Enss dell'Institute for Theoretical Physics. Il suo gruppo di ricerca ha collaborato con il gruppo del Professor Dr. Selim Jochim presso l'Institute for Physics.

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno studiato il comportamento di un ultrafreddo, gas superfluido di atomi di litio. Quando il gas esce dal suo stato di equilibrio, inizia ad espandersi e contrarsi ripetutamente in un movimento di "respirazione". A differenza delle particelle classiche, queste particelle quantistiche possono legarsi in coppie e, di conseguenza, il superfluido diventa più rigido quanto più viene compresso. Il gruppo guidato dagli autori primari Dr. Puneet Murthy e Dr. Nicolo Defenu, colleghi del Prof. Jochim e del Dr. Enss, ha osservato questa deviazione dalla simmetria della scala classica e quindi ha verificato direttamente la natura quantistica di questo sistema. I ricercatori riferiscono che questo effetto fornisce una visione migliore del comportamento di sistemi con proprietà simili come il grafene o i superconduttori, che non hanno resistenza elettrica quando sono raffreddati al di sotto di una certa temperatura critica.