Niente a a che fare con i liquidi che conosciamo: indica che le particelle sono in uno stato di caos come le molecole d’acqua. È un nuovo stato della materia
Ettore Majorana aveva ragione. Poco prima della sua scomparsa, avvenuta in circostanze misteriose nel 1938, aveva ipotizzato l’esistenza di peculiari particelle nell’ambito della meccanica quantistica che si comportano simultaneamente come materia e antimateria, chiamate in seguito fermioni di Majorana proprio in onore del fisico italiano che le aveva previste teoricamente. Ma in ambito sperimentale i fermioni di Majorana non sono mai stati rilevati fino al 2014. Adesso un nuovo esperimento eseguito presso l’Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, Usa) ne conferma definitivamente l’esistenza.
Spin quantico liquido
Non solo. Gli scienziati sono riusciti a creare in laboratorio un nuovo stato della materia, supposto anch’esso teoricamente nel 1973 dal fisico Phil Anderson e mai osservato in natura. Solido, liquido, gassoso: sono gli stati in cui si può presentare la materia, lo abbiamo imparato a scuola. Ma quando si entra nel mondo della meccanica quantistica compaiono altri stati più esotici come plasma e condensato di Bose-Einstein. Anderson più di quarant’anni fa ha ipotizzato che nell’ambito della fisica della materia condensata particolari materiali magnetici possono trovarsi in uno stato chiamato spin quantico liquido: non ha nulla a che fare con i liquidi che conosciamo, ma indica che le particelle sono in uno stato di caos, proprio come le molecole d’acqua. Ma mentre queste ultime si «riordinano» diventando ghiaccio, nello stato di spin quantico liquido (Qsl) le particelle continuano a rimescolarsi anche alle temperature più basse. Almeno in teoria, perché nessuno finora era stato in grado di «vedere» questo stato della materia.
Un nuovo stato della materia
C’è riuscito appunto un team internazionale di ricercatori che ha pubblicato il risultato del loro studio sull’ultimo numero della rivista Nature Materials. Gli scienziati hanno «illuminato» un materiale bidimensionale simile al grafene, ma fatto di cristalli di tricloruro di rutenio (RuCl3), con un fascio di neutroni e hanno osservato le onde create dalla diffusione dell’urto anelastico dei neutroni con le particelle dei cristalli. Un normale materiale magnetico dovrebbe proiettare delle line ben distinte ma in questo caso si sono osservate delle gobbe che ben si adattavano a quanto previsto in teoria per lo spin quantico liquido nel 2014 da Johannes Knolle del Cavendish Laboratory di Cambridge: la prova che è stato così osservato sperimentalmente per la prima volta questo particolare stato della materia.
Proprietà
Infatti nei normali materiali magnetici i singoli elettroni si comportano come minuscole calamite: man mano che la temperatura scende si allineano con i poli magnetici che puntano tutti nella stessa direzione. In un materiale nello stato spin quantico liquido invece anche allo zero assoluto gli elettroni restano disallineati, in una sorta di «zuppa causata da fluttuazioni quantiche», dicono gli scienziati che hanno rilevato proprio questo comportamento nel loro esperimento. Ma quali proprietà ha questo particolare stato della materia? La caratteristica peculiare è che gli elettroni, considerati unità di carica indivisibili, invece si «frazionano» generando fermioni di Majorana. È stato così possibile validare l’ipotesi sull’esistenza di queste particelle che lo scienziato aveva avanzato quasi ottant’anni fa. Secondo i ricercatori riuscire a generare fermioni di Majorana non è solo un mero traguardo scientifico, ma ha anche delle ricadute tecnologiche. Queste particelle infatti possono essere utilizzate come unità elementari per supercomputer quantistici, in grado così di funzionare a velocità irraggiungibili dai normali computer e di eseguire calcoli che nessun altro dispositivo sarebbe in grado di fare.
FONTE: Angelo Piemontese (corriere.it)
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