Mentre nella vita di tutti i giorni la materia si presenta in stati ben definiti – solido, liquido o gassoso – a temperature estremamente basse, vicine allo zero assoluto, i materiali possono assumere proprietà apparentemente impossibili. È in questo territorio che i ricercatori dell’Università di Heidelberg hanno dimostrato come un superfluido possa trasformarsi simultaneamente in un solido, mantenendo le caratteristiche di entrambi gli stati.
La danza quantistica degli atomi ultrafreddi
Quando gli atomi vengono raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto, la loro natura ondulatoria diventa predominante. In queste condizioni estreme, le particelle possono fondersi in un’unica grande onda quantistica, dando origine al condensato di Bose-Einstein. Questo stato della materia si comporta come un superfluido, capace di scorrere senza attrito, sfidando le nostre concezioni tradizionali dei fluidi.
Il gruppo guidato dal professor Markus Oberthaler ha scoperto che introducendo una piccola quantità di energia in questo sistema si manifesta un fenomeno straordinario: le onde sonore iniziano a propagarsi a due velocità differenti, segnalando la coesistenza di proprietà liquide e solide nello stesso materiale.
L’arte di “scuotere” la materia quantistica
La chiave dell’esperimento è il modo in cui viene introdotta energia nel sistema. Proprio come agitare un secchio d’acqua crea increspature, i fisici hanno “scosso” le interazioni tra gli atomi del superfluido. Questa perturbazione ha generato modulazioni periodiche della densità, spingendo il superfluido verso una cristallizzazione che gli conferisce caratteristiche da solido, pur mantenendo la coerenza collettiva tipica del superfluido.
La prova definitiva arriva dalla presenza di due tipi di onde sonore: una che perturba il superfluido e un’altra che interessa l’ordine cristallino. I ricercatori hanno osservato che i difetti viaggiavano a velocità diverse, dimostrando la natura supersolida del sistema.
Oltre l’equilibrio: nuove frontiere quantistiche
Pubblicato su Nature Physics, il lavoro mostra per la prima volta onde sonore supersolide in un sistema lontano dall’equilibrio termodinamico. La ricerca apre nuove prospettive per la comprensione dei materiali quantistici e delle tecnologie che potrebbero derivarne.
