Un nuovo stato della materia: i “quartetti” di elettroni

A vent’anni dalla formulazione dell’ipotesi della loro esistenza, sembra che i “quartetti” di elettroni ci siano davvero e che sovvertano quanto sappiamo delle proprietà della materia quando il tempo (matematicamente) scorre al contrario. Lo studio, coordinato da Egor Babaev del Kth Royal Institute of Technology di Stoccolma, è stato appena pubblicato su Nature Physics.

Elettroni, opposti che si attraggono

Gli elettroni sono particelle subatomiche (fermioni) con carica negativa. Nel vuoto due elettroni si respingono decisamente, ma in determinate condizioni (in un cristallo a basse temperature) il loro accoppiamento è possibile.

Il fenomeno è il responsabile della superconduttività, uno stato quantistico in cui le coppie di elettroni fluiscono nel materiale senza resistenza. La descrizione della superconduttività quantistica valse il premio Nobel a Leon Cooper, John Bardeen e John Schrieffer nel 1972, e i superconduttori sono oggi impiegati nelle risonanze magnetiche e nell’informatica quantistica.

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Il supersolido, un nuovo stato quantistico della materia

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“Quartetti” di elettroni

Che gli elettroni possano condensarsi anche in “quartetti“, invece, è stato accettato a livello teorico più di recente dalla comunità scientifica, dato che la teoria di Cooper-Bardeen-Schrieffer non consentirebbe un simile comportamento. Venti anni fa Egor Babaev lo aveva ipotizzato, ma solo da poco ci sono ricerche che prevedono che possano verificarsi nei materiali.

Oggi il lavoro pubblicato su Nature Physics ne porta la prima prova sperimentale: una serie di misurazioni che per gli autori dimostrano la formazione di “quartetti” di elettroni in un materiale a base di ferro (Ba_1−xK_xFe₂As₂).

Inversione temporale

Il fatto sconcertante, però, è che i “quartetti” di fermioni sovvertono quanto si sa sulla simmetria temporale. Finora, infatti, quando nella descrizione matematica di un fenomeno fisico il fattore tempo viene sostituito con il suo negativo (come se scorresse al contrario o tutti i movimenti fossero invertiti), le leggi fisiche fondamentali rimangono valide. In altre parole, se si studia un superconduttore, anche invertendo la direzione del tempo rimarrà un superconduttore. Invece per i “quartetti” di fermioni, secondo Babaev, non è così: “Nel caso di un condensato di quattro fermioni come quello riportato, l’inversione temporale lo mette in uno stato diverso”.

“Probabilmente ci vorranno molti anni di ricerca per comprendere appieno questo stato”, ha commentato il fisico: “Gli esperimenti aprono una serie di nuove domande, rivelando una serie di altre proprietà insolite associate alla reazione ai gradienti termici, ai campi magnetici e agli ultrasuoni che devono ancora essere capite meglio”.

Via: Wired.it

Credits immagine di copertina: geralt via Pixabay