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Un nuovo stato della materia: gli eccitoni

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eccitoni

(Credit: Peter Abbamonte, U. of I. Department of Physics and Frederick Seitz Materials Research Laboratory)

L’avevano previsto già 50 anni fa ma nessuno lo aveva ancora trovato. Ora però, grazie a una tecnica innovativa, un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois, insieme ai colleghi dell’Università della California e dell’Università di Amsterdam, annuncia dalle pagine di Science [2] di aver prodotto la prima prova sperimentale della reale esistenza dell’eccitonio, uno strano stato della materia [3] che potrebbe aiutare a risolvere alcuni rompicapo della meccanica quantistica.

“Da quando il termine ‘eccitonio‘ è stato coniato negli anni ’60 dal fisico teorico di Harvard Bert Halperin”, ha commentato Peter Abbamonte, fisico dell’Università dell’Illinois, “i fisici hanno cercato di dimostrare la sua esistenza. I [fisici] teorici discutevano se potesse essere un isolante, un conduttore perfetto o un superfluido, e c’erano argomentazioni convincenti su tutti i fronti. A partire dagli anni ’70, molti [fisici] sperimentali hanno pubblicato prove dell’esistenza dell’eccitonio, ma le loro scoperte non costituivano mai una prova definitiva e potevano anche essere spiegate da una transizione di fase strutturale convenzionale”.

Ma che cos’è l‘eccitonio? Gli esperti lo descrivono come il primo stato di plasma morbido mai osservato, precursore di un condensato di eccitoni, cioè particelle subatomiche [4] composte da un elettrone eccitato e dal suo buco. In pratica gli eccitoni sono un particolare tipo di bosoni [5] a bassa energia che si creano quando nei materiali semiconduttori un elettrone [6] viene – appunto – eccitato e salta al livello energetico successivo, lasciando un buco nel livello energetico precedente.

La cosa affascinante è che il buco si comporta come una particella carica positivamente attraendo l’elettrone e formando questo strano accoppiamento quanto-meccanico.

L’esistenza degli eccitoni era già stata teorizzata mezzo secolo fa, ma finora gli scienziati non erano riusciti a vederlisperimentalmente, o, per meglio dire, non potevano esserne sicuri perché disponevano di strumenti troppo poco precisi. La svolta è arrivata con l’introduzione della tecnica chiamata momentum-resolved electron energy-loss spectroscopy (M-Eels), grazie alla quale i ricercatori hanno potuto misurare la traiettoria degli elettroni in fuga indipendentemente dalla loro quantità di moto.

Ecco dunque l’eccitonio, la prova che ci eccitoni esistono davvero, che non si sa ancora bene cosa sia, ma adesso le sue proprietà potranno essere studiate in modo approfondito. I fisici sostengono che se si rivelasse un superconduttore  [7]o un superfluido certamente potrebbe essere utilizzato per un aggiornamento di tecnologie già esistenti, ma le sue potenzialità sono al momento imprevedibili. Si spera infatti che porti anche a una maggiore comprensione dei fenomeni quantistici, dirimendo magari qualche rompicapo ancora irrisolto.

Via: Wired.it [8]


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