Zero resistenza elettrica a temperatura ambiente? Un materiale con questa proprietà, cioè un superconduttore a temperatura ambiente, potrebbe rivoluzionare la distribuzione dell'energia. Ma così lontano, l'origine della superconduttività ad alta temperatura è compresa solo in modo incompleto. Gli scienziati dell'Universität Hamburg e del Cluster of Excellence "CUI:Advanced Imaging of Matter" sono riusciti a osservare una forte evidenza di superfluidità in un sistema modello centrale, per la prima volta una nuvola di gas bidimensionale. Gli scienziati riportano i loro esperimenti sulla rivista Scienza , che consentono di investigare problemi chiave della superconduttività ad alta temperatura in un sistema modello molto ben controllato.

Ci sono cose che non dovrebbero accadere. Per esempio, l'acqua non può passare da un bicchiere all'altro attraverso la parete di vetro. Sorprendentemente, la meccanica quantistica lo permette, purché la barriera tra i due liquidi sia sufficientemente sottile. A causa dell'effetto tunnel meccanico quantistico, le particelle possono penetrare la barriera, anche se la barriera è più alta del livello dei liquidi. Ancora più notevole, questa corrente può fluire anche quando il livello su entrambi i lati è lo stesso o la corrente deve fluire leggermente in salita. Per questo, però, i fluidi su entrambi i lati devono essere superfluidi, cioè devono essere in grado di scorrere intorno agli ostacoli senza attrito.

Questo fenomeno sorprendente è stato previsto da Brian Josephson durante la sua tesi di dottorato, ed è di così fondamentale importanza che gli è stato conferito il Premio Nobel. La corrente è guidata solo dalla natura ondulatoria dei superfluidi e può, tra l'altro, assicurarsi che il superfluido inizi a oscillare avanti e indietro tra i due lati, un fenomeno noto come oscillazioni Josephson.

L'effetto Josephson è stato osservato per la prima volta nel 1962 tra due superconduttori. Nell'esperimento, in analogia diretta al flusso d'acqua senza differenza di livello, una corrente elettrica potrebbe fluire attraverso un contatto a tunnel senza una tensione applicata. Con questa scoperta, era stata fornita una prova impressionante che la natura ondulatoria della materia nei superconduttori può essere osservata anche a livello macroscopico.

Ora, per la prima volta, gli scienziati del gruppo del Prof. Henning Moritz sono riusciti ad osservare le oscillazioni di Josephson in un gas di Fermi bidimensionale (2-D). Questi gas di Fermi sono costituiti da un "respiro di nulla, " vale a dire una nuvola di gas di poche migliaia di atomi. Se vengono raffreddati a pochi milionesimi di grado sopra lo zero assoluto, diventano superfluidi. Ora possono essere usati per studiare i superfluidi in cui le particelle interagiscono fortemente tra loro e vivono in sole due dimensioni, una combinazione che sembra essere centrale per la superconduttività ad alta temperatura, ma che è ancora solo in modo incompleto.

"Siamo rimasti sorpresi dalla chiarezza con cui le oscillazioni Josephson erano visibili nel nostro esperimento. Questa è una chiara prova della coerenza di fase nel nostro gas di Fermi 2-D ultrafreddo, " afferma il primo autore Niclas Luick. "L'alto grado di controllo che abbiamo sul nostro sistema ci ha anche permesso di misurare la corrente critica al di sopra della quale si rompe la superfluidità".

"Questa svolta ci apre molte nuove opportunità per ottenere informazioni sulla natura dei superfluidi 2-D fortemente correlati, "dice il prof. Moritz, "Questi sono di straordinaria importanza nella fisica moderna, ma molto difficile da simulare teoricamente. Siamo lieti di contribuire a una migliore comprensione di questi sistemi quantistici con il nostro esperimento".