La materia quantistica può essere allo stesso tempo solida e fluida, una situazione nota come supersolidità. I ricercatori guidati da Francesca Ferlaino hanno creato per la prima volta questa affascinante proprietà lungo due dimensioni. Ora riferiscono sul giornale Natura sulla realizzazione della supersolidità lungo due assi di un gas quantistico ultrafreddo. L'esperimento offre molte possibilità per ulteriori indagini su questo stato esotico della materia.

I gas quantistici sono molto adatti per studiare le conseguenze microscopiche delle interazioni nella materia. Oggi, gli scienziati possono controllare con precisione le singole particelle in nubi di gas estremamente raffreddate in laboratorio, fenomeni rivelatori che non possono essere osservati nel mondo di tutti i giorni. Per esempio, i singoli atomi in un condensato di Bose-Einstein sono completamente delocalizzati. Ciò significa che lo stesso atomo esiste in ogni punto all'interno del condensato in un dato momento. Due anni fa, il gruppo di ricerca guidato da Francesca Ferlaino del Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Innsbruck e dell'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica dell'Accademia austriaca delle scienze di Innsbruck è riuscito per la prima volta a generare stati supersolidi in gas quantistici ultrafreddi di magnetismo atomi. L'interazione magnetica fa sì che gli atomi si auto-organizzino in goccioline e si dispongano in uno schema regolare.

"Normalmente, penseresti che ogni atomo si trovi in ​​una gocciolina specifica, senza modo di mettersi tra di loro, “dice Matteo Norcia della squadra di Francesca Ferlaino. “Tuttavia, allo stato supersolido, ogni particella è delocalizzata attraverso tutte le goccioline, esistenti contemporaneamente in ogni goccia. Quindi in poche parole, hai un sistema con una serie di regioni ad alta densità (le goccioline) che condividono tutti gli stessi atomi delocalizzati." Questa bizzarra formazione consente effetti come il flusso senza attrito nonostante la presenza di ordine spaziale (superfluidità).

Nuove dimensioni, nuovi effetti da esplorare

Fino ad ora, Gli stati supersolidi nei gas quantistici sono stati osservati solo come una serie di goccioline (lungo una dimensione). "In collaborazione con i teorici Luis Santos della Leibniz Universität Hannover e Russell Bisset di Innsbruck abbiamo ora esteso questo fenomeno a due dimensioni, dando origine a sistemi con due o più file di goccioline, " spiega Matteo Norcia. Non si tratta solo di un miglioramento quantitativo, ma amplia anche in modo cruciale le prospettive di ricerca. "Per esempio, in un sistema supersolido bidimensionale, si può studiare come si formano i vortici nel foro tra più goccioline adiacenti, " dice. "Questi vortici descritti in teoria non sono stati ancora dimostrati, ma rappresentano una conseguenza importante della superfluidità, Francesca Ferlaino sta già guardando al futuro. L'esperimento ora riportato sulla rivista Nature crea nuove opportunità per approfondire la fisica fondamentale di questo affascinante stato della materia.

Nuovo campo di ricerca:i supersolidi

Previsto 50 anni fa, la supersolidità con le sue sorprendenti proprietà è stata ampiamente studiata nell'elio superfluido. Però, dopo decenni di ricerche teoriche e sperimentali, mancava ancora una chiara prova di supersolidità in questo sistema. Due anni fa, gruppi di ricerca a Pisa, Stoccarda e Innsbruck sono riuscite indipendentemente per la prima volta a creare i cosiddetti supersolidi da atomi magnetici in gas quantistici ultrafreddi. La base per il nuovo, campo di ricerca in crescita dei supersolidi è la forte polarità degli atomi magnetici, le cui caratteristiche di interazione consentono la creazione di questo paradossale stato quantomeccanico della materia in laboratorio.