Scoperto un nuovo stato quantistico della materia: il supersolido

Nel laboratorio dell’Istituto Nazionale di Ottica di Pisa un gruppo di ricercatori dell’Università di Firenze e del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) ha osservato per la prima volta un nuovo stato quantistico della materia: il supersolido. Anche se la sua struttura è identica a quella di un solido, condivide alcune caratteristiche con i superfluidi, come l’assenza di viscosità e attrito. Inoltre, presenta delle proprietà nuove e ancora poco conosciute. Per studiare il nuovo stato della materia, i ricercatori del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze, del Laboratorio Europeo di Spettroscopia Non Lineare (Lens) e dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr-Ino) hanno realizzato in laboratorio degli atomi magnetici ultrafreddi, portando a delle temperature vicine allo zero assoluto degli atomi di disprosio. I risultati della ricerca, condotta grazie anche al supporto tecnico dei ricercatori dell’Università di Hannover, sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.

L’importanza dei condensati di Bose-Einstein

“I tentativi di realizzare questo stato della materia, previsto dalle leggi della meccanica quantistica, sono iniziati durante gli anni ‘60”, spiega Giovanni Modugno, professore di Fisica della materia presso l’Università di Firenze e coordinatore del gruppo che ha effettuato la scoperta. “Inizialmente, i ricercatori hanno provato a utilizzare l’elio, ma in seguito gli sforzi si sono concentrati sui condensati di Bose-Einstein, insiemi di bosoni ultrafreddi in cui le particelle sono in uno stato superfluido”, prosegue l’esperto. “Proprio tramite un condensato di Bose-Einstein, realizzato con degli atomi di disprosio, siamo riusciti finalmente a osservare un supersolido”. Nel nuovo stato quantistico della materia, gli atomi si comportano come dei potenti magneti e interagiscono tra di loro in modo da formare una struttura periodica. Nonostante ciò, sono comunque liberi di muoversi attraverso il sistema, proprio come avviene in un superfluido.

L’impatto della scoperta sulla comunità scientifica

Giovanni Modugno spiega che in passato non era mai stato realizzato un solido composto da particelle bosoniche identiche fra loro e in grado di muoversi liberamente. La scoperta, avvenuta nel nuovo laboratorio del Cnr-Ino di Pisa, è stata possibile grazie alle idee innovative del team di scienziati, composto sia da giovani sia da esperti. I risultati della ricerca potrebbero aiutare la comunità scientifica a ottenere una migliore comprensione dei materiali quantistici. In tutto il mondo, i ricercatori sono già attivi nei principali laboratori per riprodurre il supersolido e studiarne le proprietà. Carlo Gabbanini e Andrea Fioretti del Cnr-Ino di Pisa, spiegano che l’importante scoperta è stata possibile grazie alla collaborazione con gli studiosi dell’Università di Firenze. “Grazie al supporto del CNR INO, dove questo progetto ha trovato competenze di livello internazionale sulla fisica atomica e sui laser, siamo riusciti a creare un ambiente di ricerca stimolante che sta attirando giovani da tutta Italia”, sostengono i due ricercatori. “Ora contiamo su un supporto importante da parte dei nostri referenti istituzionali per potenziare una ricerca di punta di un clima internazionale estremamente competitivo".