Un gruppo di ricercatori tedeschi (Ludwig Maximilian University) ha realizzato un esperimento che ha portato al raggiungimento di temperature inferiori allo zero assoluto, grazie a un sistema dotato energia ma con bassissima entropia.
Per comprendere di cosa si tratta sono necessari un paio di concetti fondamentali. Lo zero assoluto è la temperatura a cui tutta la mobilità molecolare si arresta, intesa come stato energetico. È un valore teorico, non raggiungibile in pratica. Almeno fino a oggi.
Oltre alla quantità di energia bisogna poi considerare l'entropia, che descrive in un certo senso la "quantità di caos" in un sistema, per esempio i diversi stati in cui gli atomi o le molecole si possono trovare in un dato momento, e tutte le possibili combinazioni. Con il ridursi della temperatura (energia) si riduce anche l'entropia e viceversa; allo zero assoluto corrisponde anche il minimo di entropia.
Possiamo pensare "a un insieme di biglie che si muovono in un flipper: ogni possibile combinazione di velocità e direzione di ciascuna biglia è uno stato. Più colpisco le biglie con le pale del flipper (cioè più energia immetto nel sistema) e più sono i possibili stati, e quindi aumentando l'energia del sistema l'entropia aumenta", è l'esempio che ci ha Nicola Mori, astrofisico, fisico teorico e ricercatore presso L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).
Sono due quindi le variabili con cui abbiamo a che fare e che definiscono la temperatura: quantità di energia ed entropia. Esiste un limite inferiore, lo zero assoluto, ma non uno superiore. Almeno fino a oggi e fino a che non entra in gioco la meccanica quantistica, perché se l'entropia resta vicina allo zero ma aumenta la quantità di energia si può parlare di temperature negative assolute, ed è proprio questo che hanno realizzato gli scienziati dell'università tedesca. Hanno creato un sistema dove l'entropia ha un limite massimo, entro il quale la quantità di energia può aumentare.
Aggiungendo energia sempre più atomi raggiungono lo stato massimo, e di fatto l'entropia tende e diminuire. Chi ha fatto studi elementari sull'argomento potrebbe strabuzzare gli occhi, ma è un concetto affatto sconosciuto in fisica.
In pratica l'esperimento è stato realizzando creando un reticolo di atomi di potassio "tenuto insieme" da una combinazione di laser e campi magnetici. All'aumentare dell'energia il sistema è rimasto sotto controllo, e in questo modo se ne è limitata l'entropia. È quasi semplice, concettualmente: laser e magnetismo tenevano fermo il potassio, mentre un terzo lo gonfiava di energia; un comportamento da bulli di terz'ordine.
Il sistema così creato si è dimostrato stabile per qualche centinaio di millisecondi, sufficienti per studiare stati della materia sconosciuti o quasi. E anche per ipotizzare e verificare nuovi e insoliti metodi per trasferire l'energia: un sistema con temperatura negativa a contatto con uno "normale" dovrebbe in teoria generare un flusso energetico capace di creare "motori di Carnot con efficienza superiore a uno". I ricercatori inoltre suggeriscono che questo sistema potrebbe servire a modellare la cosiddetta "energia oscura", e a ricreare lo stesso modello che ha generato l'espansione dell'Universo.
Se avete pensato al Cuore d'Oro e al TARDIS, non siete gli unici.