L'Università di Firenze scopre il 'supersolido' nuovo stato della materia

Ha la struttura di un solido, le proprietà di un superfluido e si comporta secondo le leggi della meccanica quantistica, la ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters

I ricercatori del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze e del Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non lineare (LENS), dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO), insieme al supporto teorico dell’Università di Hannover, hanno scoperto un nuovo stato della materia, che unisce le caratteristiche di un solido – particelle disposte in una struttura fissa, periodica – con quelle di un superfluido – assenza di viscosità e di attrito – presenta proprietà nuove e ancora largamente inesplorate.

Lo hanno studiato in un gas di atomi magnetici ultrafreddi, realizzato in laboratorio con atomi di disprosio portati a temperature vicino allo zero assoluto (-273,15 °C). Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters nell'articolo: “Observation of a dipolar quantum gas with metastable supersolid properties”.

“I ricercatori fin dagli anni ’60 hanno provato a realizzare questo stato della materia, previsto dalle leggi della meccanica quantistica – spiega il coordinatore del team Giovanni Modugno, docente di Fisica della materia presso l’Università di Firenze –; 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. Abbiamo fatto la scoperta sperimentale in un nuovo laboratorio presso il CNR-INO di Pisa, grazie alle idee innovative ed al lavoro creativo del team di cui fanno parte sia ricercatori esperti che giovani, tra cui Eleonora Lucioni e Luca Tanzi. 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.”

17/04/2019