La perdita di energia è il principale nemico degli impianti elettrici. Per ottimizzare l’efficienza dei mezzi di trasporto o la produzione di energia elettrica, i ricercatori cercano da anni di realizzare la superconduttività, un passaggio di elettroni all’interno di un materiale senza perdite. Ma esiste un altro modo.
Gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno studiato uno stato specifico degli elettroni, chiamato “bordo”, specifica Science Alert. In determinate condizioni, accade che un flusso di elettroni bypassa i limiti di conducibilità di un elemento e vede la sua velocità aumentare notevolmente. Tuttavia, finora sono state raccolte pochissime informazioni su questo fenomeno.
Rendi gli effetti dello stato limite più lunghi e più visibili per studiarli
In uno studio pubblicato sulla rivista Nature Physics, i ricercatori del MIT hanno tentato di riprodurre questo comportamento utilizzando atomi di sodio ultrafreddi. L’idea era quella di trovare questo stato limite, garantendo al contempo che abbia durata e scala sufficienti per essere osservato e compreso meglio nel contesto di applicazioni future.
10 grandi scoperte che hanno fatto avanzare la scienza
“Nella nostra configurazione, la stessa fisica avviene negli atomi, ma nell’arco di millisecondi e micrometridescrive il fisico Martin Zwierlein, coautore dello studio. Ciò significa che possiamo scattare immagini e osservare gli atomi che strisciano virtualmente all’infinito lungo il bordo del sistema”.
Secondo l’effetto Hall, una corrente elettrica che passa attraverso un oggetto sottoposto ad un campo magnetico provoca la creazione di un campo elettrico perpendicolare alla corrente. Una versione quantistica di questo effetto è che gli elettroni si muovono in un cerchio all’interno di uno spazio piatto 2D.
Un flusso di atomi che si muove in un’unica direzione e impossibile da deviare
Ma se questa superficie 2D si trova sul bordo di un materiale, gli elettroni si accumulano in posizioni precise e si muovono in maniera quantificata. Tuttavia non è ancora stato possibile collegare le proprietà dei materiali alle velocità e alle direzioni dei flussi di elettroni. In particolare perché queste azioni durano solo pochi femtosecondi (un milione di miliardi di volte più piccole di un secondo).
Per il loro esperimento gli scienziati si sono dotati di un sistema costituito da un laser per posizionare il milione di atomi di sodio utilizzati; un campo magnetico per attivare lo stato di bordo; così come un anello di luce per rappresentare il bordo di un materiale.
Quando gli atomi entravano in contatto con questo bordo del materiale, si muovevano direttamente in linea retta e in un’unica direzione per seguire l’anello di luce. Era quindi impossibile deviare gli atomi utilizzando qualsiasi ostacolo.
“Possiamo paragonarli alle biglie che facciamo girare molto velocemente in una ciotola e che non smettono mai di ruotare attorno al bordo della ciotolaspiega Martin Zwierlein. Non c’è attrito. Non vi è alcun rallentamento, nessuna perdita o dispersione di atomi nel resto del sistema. C’è semplicemente un flusso bellissimo e coerente”.
Già attesi nuovi test più complessi
I test condotti dal MIT hanno prodotto osservazioni coerenti con le previsioni teoriche sugli stati limite. Ciò tende a confermare che gli elettroni possono sostituire gli elettroni in questo tipo di studio.
“Questa è una realizzazione molto pulita di un bellissimo concetto di fisica e possiamo dimostrare direttamente l’importanza e la realtà di questo vantaggio”stima il fisico Richard Fletcher del MIT.
D’ora in poi sarà necessario complicare i test inserendo ancora più ostacoli sul percorso degli atomi. Questo lavoro è strettamente legato alla superconduttività e all’idea di trasferire l’energia elettrica in modo più efficiente. Potrebbero sorgere opportunità nel campo dei computer quantistici o dei sensori avanzati.
