Anche se non fossi una laureata in fisica, probabilmente hai sentito qualcosa sul bosone di Higgs.

C'era il titolo di un libro del 1993 del premio Nobel Leon Lederman che soprannominò l'Higgs "La particella di Dio". C'è stata la ricerca della particella di Higgs che è stata lanciata dopo le prime collisioni del 2009 all'interno del Large Hadron Collider in Europa. C'è stato l'annuncio del 2013 che Peter Higgs e Francois Englert hanno vinto il Premio Nobel per la fisica per aver teorizzato indipendentemente nel 1964 che una particella fondamentale, l'Higgs, è la fonte della massa nelle particelle subatomiche, rendere possibile l'universo come lo conosciamo.

(Più, ci sono i fisici della Iowa State University nell'elenco degli autori di un documento di ricerca del 2012 che descrive come l'esperimento ATLAS sul collisore ha osservato una nuova particella in seguito confermata essere l'Higgs.)

E ora Jigang Wang, un professore di fisica e astronomia presso l'Iowa State e uno scienziato senior presso l'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, e un team di ricercatori ha scoperto una forma della famosa particella all'interno di un superconduttore, un materiale in grado di condurre elettricità senza resistenza, generalmente a temperature molto fredde.

Wang e i suoi collaboratori, tra cui Chang-Beom Eom, la cattedra di ingegneria Raymond R. Holton e Theodore H. Geballe Professor presso l'Università del Wisconsin-Madison; Ilias Perakis, professore e cattedra di fisica presso l'Università dell'Alabama a Birmingham; ed Eric Hellstrom, professore e cattedra ad interim di ingegneria meccanica presso la Florida State University—riporta i dettagli in un articolo recentemente pubblicato online dalla rivista Comunicazioni sulla natura .

Scrivono che in esperimenti di laboratorio hanno trovato una "modalità Higgs" di breve durata all'interno di una base di ferro, alta temperatura (ma ancora molto fredda), banda multi-energia, superconduttori non convenzionali.

Una scoperta quantistica

Questa modalità di Higgs è uno stato della materia che si trova alla scala quantistica degli atomi, loro stati elettronici ed eccitazioni energetiche. La modalità è accessibile e controllata dalla luce laser che lampeggia sul superconduttore a frequenze terahertz di trilioni di impulsi al secondo. Le modalità di Higgs possono essere create all'interno di diverse bande di energia e comunque interagiscono tra loro.

Wang ha affermato che questa modalità di Higgs all'interno di un superconduttore potrebbe essere potenzialmente utilizzata per sviluppare nuovi sensori quantistici.

"È proprio come il Large Hadron Collider può usare la particella di Higgs per rilevare l'energia oscura o l'antimateria per aiutarci a capire l'origine dell'universo, "Ha detto Wang. "E i nostri sensori in modalità Higgs sul tavolo hanno il potenziale di aiutarci a scoprire i segreti nascosti degli stati quantistici della materia".

quella comprensione, Wang ha detto, potrebbe far avanzare una nuova "rivoluzione quantistica" per il calcolo ad alta velocità e le tecnologie dell'informazione.

"È un modo così esotico, strano, il mondo quantistico può essere applicato alla vita reale, "Ha detto Wang.

Controllo della luce dei superconduttori

Il progetto adotta un triplice approccio per l'accesso e la comprensione delle proprietà speciali, come questa modalità di Higgs, nascosto all'interno dei superconduttori:

Il gruppo di ricerca di Wang utilizza uno strumento chiamato spettroscopia quantistica terahertz per visualizzare e guidare coppie di elettroni che si muovono attraverso un superconduttore. Lo strumento utilizza flash laser come manopola di controllo per accelerare le supercorrenti e accedere a nuovi stati quantistici della materia potenzialmente utili.

Il gruppo di Eom ha sviluppato la tecnica di sintesi che produce film sottili cristallini del superconduttore a base di ferro con una qualità sufficientemente elevata da rivelare la modalità di Higgs. Il gruppo di Hellstrom ha sviluppato fonti di deposizione per lo sviluppo di film sottili superconduttori a base di ferro.

Il gruppo di Perakis ha guidato lo sviluppo di modelli e teorie quantistiche per spiegare i risultati degli esperimenti e per simulare le caratteristiche salienti che derivano dalla modalità di Higgs.

Il lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione a Wang della National Science Foundation e da una sovvenzione a Eom e Perakis del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

"La scienza interdisciplinare è la chiave qui, " Disse Perakis. "Abbiamo la fisica quantistica, Scienze dei materiali e Ingegneria, fisica della materia condensata, laser e fotonica con ispirazioni da fondamentali, fisica delle alte energie e delle particelle."

ci sono buoni, ragioni pratiche per i ricercatori in tutti quei campi di lavorare insieme al progetto. In questo caso, gli studenti dei quattro gruppi di ricerca hanno lavorato insieme ai loro consulenti per realizzare questa scoperta.

"Scienziati e ingegneri, " Wang ha scritto in un riassunto della ricerca, "di recente si sono resi conto che alcuni materiali, come i superconduttori, hanno proprietà che possono essere sfruttate per applicazioni nell'informazione quantistica e nella scienza dell'energia, per esempio., in lavorazione, registrazione, archiviazione e comunicazione”.