Il supersolido, un nuovo stato quantistico della materia

Ha la struttura di un solido, le proprietà di un superfluido e altre nuove caratteristiche ancora sconosciute. Si tratta del supersolido, un nuovo stato quantistico della materia appena scoperto. A descriverlo sulle pagine di Physical Review Letters sono stati i ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino), del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Firenze e del Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (Lens), insieme all’Università di Hannover. 

I condensati di Bose-Einstein

Per osservarlo, il team ricercatori si è servito di in un gas di atomi magnetici ultrafreddi, realizzato in laboratorio con atomi di disprosio portati a temperature vicino allo zero assoluto (-273,15 °C). “I ricercatori fin dagli anni ’60 hanno provato a realizzare questo stato della materia, previsto dalle leggi della meccanica quantistica”, racconta Giovanni Modugno dell’Università di Firenze, fra gli autori dello studio. “Dopo aver provato con l’elio, i tentativi si sono indirizzati verso i condensati di Bose-Einstein, insiemi di bosoni ultrafreddi in cui le particelle sono in uno stato superfluido. E proprio attraverso un condensato di Bose-Einstein, realizzato con un particolare tipo di atomi molto magnetici, oggi siamo riusciti ad arrivare all’osservazione di un supersolido che si basa solo sull’interazione tra gli atomi”.

Atomi come magneti

Gli atomi si comportano infatti come potenti magneti, interagendo fra loro in modo da formare una struttura periodica. Tuttavia, gli atomi possono muoversi liberamente attraverso il sistema, proprio come in un superfluido. “L’eccezionalità è che i condensati di Bose-Einstein hanno poco a che vedere con i solidi. Questa è la prima volta che si realizza un solido con particelle bosoniche identiche fra loro e perciò indistinguibili, che restano libere di muoversi, proprietà tipiche dei superfluidi”, spiega Modugno.

Alla scoperta delle proprietà del supersolido

La scoperta sperimentale è stata fatta in un nuovo laboratorio del Cnr-Ino di Pisa. “Che la nostra scoperta sia interessante e apra una nuova direzione per comprendere le proprietà dei materiali quantistici ce lo rivela il forte interesse della comunità scientifica, con i principali laboratori esteri che si sono lanciati immediatamente a riprodurre il nostro sistema per esplorarne le proprietà, come ha riportato un recente articolo su Physics. È così partita la competizione per scoprire le proprietà di questo nuovo stato della materia, nella quale spero che avremo il massimo supporto dalle istituzioni di ricerca italiane”.

Riferimenti: Physical Review Letters