Complesso in fisica si riferisce a sistemi caratterizzati dall’imprevedibilità, cioè che nelle medesime condizioni possono operare in modalità completamente diverse. La scienza della complessità è una delle branche più importanti della fisica moderna, con implicazioni nelle neuroscienze, nelle dinamiche sociali, nelle nanotecnologie e nei nuovi materiali. Ma che cos’è che ci consente di stabilire se un sistema è complesso? Un indizio arriva oggi dal gruppo di fotonica del Dipartimento di fisica della Sapienza, che in collaborazione con gli istituti Isc, Ipcf, Nano ed Isof del Consiglio nazionale delle ricerche, ha presentato sulla rivista Nature Communication la prima evidenza sperimentale utile a effettuare la misurazione diretta della complessità di un sistema.
“Giorgio Parisi negli anni ’80 ha introdotto una grandezza nota come overlap, che fornisce il grado di complessità di un sistema fisico, secondo cui un sistema si può definire complesso se nelle medesime condizioni può operare in modalità completamente diverse, un fenomeno che prende il nome di rottura di simmetria delle repliche“, spiega Claudio Conti, direttore dell’Istituto dei sistemi complessi (Isc) del Cnr. “Tutta la scienza della complessità è stata largamente influenzata dal lavoro pionieristico di Parisi che ha introdotto un parametro che non era stato mai misurato sperimentalmente prima d’ora”.
Ora i ricercatori hanno mostrato che laser identici, realizzati con particolari materiali organici e nano-strutturati, emettono luce con proprietà statistiche molto diverse pur operando nelle medesime condizioni. “Per spiegarla in termini più semplici, questi laser particolari si comportano in maniera diversa ogni volta che li accendiamo. Questa verifica – osservata in sistemi laser disordinati – oltre a rappresentare un passo importante nell’avanzamento delle conoscenze scientifiche, ha anche rilevanti ricadute applicative”, conclude Conti. I ricercatori hanno infatti realizzato una nuova classe di laser nano-strutturati, e in futuro grazie a queste innovative tecnologie si potranno mettere a punto nuovi tipi di laser per microscopia ad alta risoluzione finalizzati ad applicazioni diagnostiche, come le diagnosi di cancro in materiali biologici, o per realizzare sensori di nuova generazione utili alla rivelazione dell’inquinamento”.
Riferimenti: Experimental evidence of replica symmetry breaking in random lasers; N. Ghofraniha, I. Viola F. Di Maria G., Barbarella, G. Gigli, L. Leuzzi and C. Conti; Nature Communications
Credits immagine: via Pixabay