Un team di ricercatori americani ha scoperto una nuova fase della materia quantistica, aprendo nuove prospettive nel campo della fisica fondamentale.
Frustrazione cinetica
Conosciamo tutti tre stati del questione : solido, liquido e gassoso. Ma in condizioni estreme, come temperature vicine allo zero assoluto (-273,15°C), oggetti molto più piccoli di un singolo atomo o stati energetici eccezionalmente bassi, è possibile scoprire nuove fasi.
Nel contesto del lavoro pubblicato sulla rivista NaturaTigran Sedrakyan e i suoi colleghi dell’Università del Massachusetts sono interessati al fenomeno di “ frustrazione cinetica”. Se il risultato di interazioni tra particelle “classiche”. risulta essere prevedibile, come palle da biliardo, in un sistema quantistico “frustrato”. il loro comportamento diventa casuale e sembra sfidare le leggi della fisica così come la conosciamo.
Per studiare questi effetti, il team ha progettato una “macchina della frustrazione”: un dispositivo semiconduttore costituito da due strati la cui distanza risulta essere inferiore al diametro di un atomo. Mentre il primo strato è pieno di elettroni in movimento libero, lo strato inferiore è crivellato di “buchi”: posti caricati positivamente che possono essere occupati da elettroni in movimento.
Il movimento delle particelle correlato, cioè ordinato e prevedibile, è previsto se il numero di elettroni e lacune è uguale. Disturbando questo equilibrio, i ricercatori hanno creato un sistema frustrato, paragonato a un gioco di sedie musicali per elettroni, nonché una fase completamente nuova della materia con caratteristiche sorprendenti: lo stato chirale del liquido di Bose.
Lo stato chirale del liquido di Bose
Raffreddando la materia quantistica in questo stato chirale a una temperatura vicina allo zero assoluto, gli elettroni si congelano secondo uno schema prevedibile e le particelle neutre che appaiono quando vengono create le coppie elettrone-lacuna ruotano tutte in senso orario o nella direzione opposta.
Questo spin non può essere modificato, anche se si introducono forti campi magnetici esterni o se si bombarda il liquido di Bose allo stato chirale con altre particelle. Quando viene introdotta una particella esterna, ci si aspetterebbe che faccia uscire una delle particelle dallo stato chirale. Tuttavia, a causa di un fenomeno noto comeentanglement quantistico a lunga distanza, tutte le particelle del sistema vengono proiettate come se fossero state colpite contemporaneamente da quest’ultimo.
Secondo gli autori dello studio, la direzione di rotazione del nuovo stato è così robusta che potrebbe potenzialmente essere utilizzata per la decrittazione quantistica senza errori.
