I supersolidi sono uno strano stato quantistico della materia che combina le proprietà dei solidi e dei liquidi.
Oltre ai solidi, liquidi, gas e plasmi di tutti i giorni, esiste un intero comparto di stati esotici della materia. A lungo teorizzato ma creato solo di recente, un supersolido ha una struttura cristallina come un solido normale, ma può anche scorrere liberamente come un fluido. Se ne torna a parlare perché gli scienziati hanno trasformato la luce stessa in un supersolido. È una svolta che potrebbe portare a nuove tecnologie quantistiche e fotoniche. Questa ricerca è stata pubblicata su Nature, ecco i dettagli.
Cos’è e come è fatto un supersolido
“Possiamo immaginare il supersolido come un fluido composto da goccioline quantistiche coerenti disposte periodicamente nello spazio”, ha spiegato il fisico atomico e ottico Iacopo Carusotto dell’Università di Trento. Le goccioline “sono in grado di attraversare un ostacolo senza subire perturbazioni, mantenendo inalterata la loro disposizione spaziale e la loro distanza reciproca, come avviene in un solido cristallino”. Finora i supersolidi erano costituiti solo da atomi, ma il team guidato dagli scienziati del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) in Italia ne ha creato uno per la prima volta utilizzando i fotoni.
Come hanno fatto
Gli scienziati non hanno semplicemente preso i fotoni e li hanno convinti a entrare in uno stato esotico di materia: la luce non è materia, dopotutto, è energia. Per realizzarlo, i ricercatori hanno dovuto accoppiare i fotoni alla materia. I fotoni provenivano da un laser che veniva irradiato su un semiconduttore di arseniuro di gallio che forniva la parte di materia dell’equazione. I fotoni interagiscono con le eccitazioni nel materiale per creare particelle chiamate polaritoni.
L’arseniuro di gallio aveva una struttura particolare, progettata per manipolare i fotoni in tre diversi stati quantici. Inizialmente, i fotoni si assestano in uno stato con momento zero, ma quando questo stato si “riempie”, coppie di fotoni iniziano a riversarsi nei due stati adiacenti. Ciò fa sì che i polaritoni si condensino in quello che il team chiama uno stato vincolato nel continuum (BiC).
Vincolare i polaritoni a ogni stato all’interno del semiconduttore è ciò che conferisce loro la struttura spaziale di un solido, mentre la loro capacità naturale di fluire senza attrito li rende superfluidi. Le proprietà di entrambi insieme trasformano l’intero sistema un supersolido.
Il ruolo dell’interferometria
Hanno poi usato l’interferometria per misurare lo stato quantico del sistema e assicurarsi che fosse coerente, sia per ogni componente che nel suo intero. Il team sostiene che questo rappresenta un modo completamente nuovo di creare lo strano stato della materia. “Questo lavoro non solo dimostra l’osservazione di una fase supersolida in una piattaforma fotonica, ma apre anche la strada all’esplorazione delle fasi quantistiche della materia nei sistemi di non equilibrio”, ha detto il fisico Daniele Sanvitto dell’Istituto di Nanotecnologia del CNR. “Ciò è particolarmente significativo perché questo approccio ha il potenziale per colmare il divario tra scienza fondamentale e applicazioni pratiche”.
Per saperne di più:
- Leggi i dettagli dello studio pubblicato su Nature.
