Nell’esperimento, l’evoluzione temporale (da sinistra a destra) della nuova fase con caratteristiche supersolide (riga centrale) appare tra un condensato di Bose-Einstein ordinario (riga in alto) e una già nota fase di gocce quantistiche disordinate (riga in basso). Si nota la formazione di una struttura periodica (qui nello spazio degli impulsi) fra una fase omogenea (la BEC) e una disordinata (le gocce). Crediti: Cnr
Tre gruppi di ricerca hanno recentemente osservato che particolari condensati di gas con atomi magnetici presentano le proprietà di un supersolido, uno stato della materia in cui gli atomi possono scorrere senza attrito pur mantenendo una struttura cristallina. Questo nuovo materiale di laboratorio, che unisce le caratteristiche di un solido con quelle di un superfluido, presenta proprietà nuove e ancora largamente inesplorate.
Uno dei tre gruppi di ricerca, composto principalmente da scienziati italiani, ha osservato per qualche decina di millisecondi le proprietà di supersolido in un gas di atomi magnetici ultrafreddi, realizzato nel laboratorio dell’Istituto nazionale di ottica di Pisa (Cnr-Ino) con atomi di disprosio portati a temperature vicino allo zero assoluto (-273,15 °C). I risultati del nuovo studio sono stati pubblicati su Physical Review Letters.
«I ricercatori hanno provato a realizzare questo stato della materia, previsto dalle leggi della meccanica quantistica, fin dagli anni ’60», spiega Giovanni Modugno dell’Università di Firenze, fra gli autori della ricerca. «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».
Gli atomi si comportano infatti come potenti magneti, interagendo fra loro in modo da formare una struttura periodica; gli atomi, tuttavia, non sono bloccati e possono muoversi liberamente attraverso il sistema, 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», prosegue Modugno. «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».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo pubblicato su Physical Review Letters “Observation of a dipolar quantum gas with metastable supersolid properties“, di L. Tanzi, E. Lucioni, F. Famà, J. Catani, A. Fioretti, C. Gabbanini, R. N. Bisset, L. Santos, G. Modugno
- L’articolo pubblicato su Physical Review X “Transient Supersolid Properties in an Array of Dipolar Quantum Droplets”, di F. Böttcher, J.-N. Schmidt, M. Wenzel, J. Hertkorn, M. Guo, T. Langen, T. Pfau
- L’anteprima dell’articolo via di pubblicazione su Physical Review X “Long-lived and transient supersolid behaviors in dipolar quantum gases”, di L. Chomaz, D. Petter, P. Ilzhöfer, G. Natale, A. Trautmann, C. Politi, G. Durastante, R. M. W. van Bijnen, A. Patscheider, M. Sohmen, M. J. Mark, F. Ferlaino