Nel campo della fisica quantistica, le particelle fondamentali spesso mostrano comportamenti inaspettati e controintuitivi quando sottoposte a condizioni specifiche. Un team di ricercatori del Center for Computational Quantum Physics (CCQ) del Flatiron Institute di New York City ha scoperto un comportamento sorprendente in alcune particelle simile a quello degli elettroni in un superconduttore. Questi risultati, pubblicati sulla rivista “Nature Physics”, forniscono nuove informazioni sulla natura quantistica della materia.

La superconduttività, un fenomeno osservato a temperature molto basse, comporta la perdita di resistenza elettrica in alcuni materiali, consentendo all'elettricità di fluire liberamente. Nei superconduttori convenzionali, questo comportamento è dovuto al movimento collettivo degli elettroni che formano coppie note come coppie di Cooper. Tuttavia, la ricerca del team CCQ rivela un comportamento simile in un sistema di particelle fondamentali chiamate anioni non abeliani.

Gli anioni non abeliani sono particelle che obbediscono a statistiche esotiche, distinte dalle statistiche familiari di bosoni e fermioni. Queste particelle non si trovano in natura ma sono state proposte come potenziali quasiparticelle in alcuni materiali e come elementi costitutivi fondamentali in alcuni modelli teorici.

Utilizzando potenti simulazioni al computer, i ricercatori hanno studiato il comportamento degli anioni non abeliani in una struttura reticolare bidimensionale. Hanno scoperto che, in condizioni specifiche, queste particelle potrebbero mostrare uno stato simile alla superconduttività. In questo “superconduttore qualsiasi”, le particelle si condensano in uno stato collettivo in cui perdono effettivamente la loro identità individuale e si muovono all’unisono, proprio come gli elettroni in un superconduttore convenzionale.

Questo comportamento straordinario deriva dalle proprietà topologiche intrinseche degli anioni non abeliani. A differenza delle particelle convenzionali, gli anioni portano una carica topologica che non può essere rimossa senza cambiare la loro identità. Questa carica topologica porta a interazioni a lungo raggio tra le particelle, risultando nel comportamento collettivo osservato nella simulazione.

La scoperta della “superconduttività anionica” apre nuove strade per esplorare l’interazione tra le proprietà topologiche e la fisica quantistica a molti corpi. Lo studio contribuisce anche a una più ampia comprensione degli stati non convenzionali della materia e potrebbe fornire informazioni sul comportamento di alcuni materiali esotici.

Anche se gli anioni non abeliani non sono stati ancora osservati direttamente negli esperimenti, le scoperte teoriche del team CCQ motivano un’ulteriore esplorazione dei fenomeni quantistici topologici e rafforzano la necessità di cercare materiali che possano ospitare tali particelle.