Ricercatori italiani scoprono il “supersolido”, nuovo stato della materia

Ha la struttura di un solido, le proprieta’ di un superfluido e si comporta secondo le leggi della meccanica quantistica. E’ il supersolido, un nuovo stato della materia osservato da un gruppo di ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino), del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Universita’ di Firenze e del Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (Lens), insieme al supporto teorico dell’Universita’ di Hannover. Lo studio e’ stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters. Questo 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 viscosita’ e di attrito – presenta proprieta’ nuove e ancora largamente inesplorate. I ricercatori 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). “I ricercatori fin dagli anni ’60 hanno provato a realizzare questo stato della materia, previsto dalle leggi della meccanica quantistica – spiega Giovanni Modugno, docente di Fisica della materia presso l’Universita’ 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’eccezionalita’ e’ che i condensati di Bose-Einstein hanno poco a che vedere con i solidi. Questa e’ la prima volta – continua Modugno – che si realizza un solido con particelle bosoniche identiche fra loro e percio’ indistinguibili, che restano libere di muoversi, proprieta’ 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 proprieta’ dei materiali quantistici ce lo rivela il forte interesse della comunita’ scientifica, con i principali laboratori esteri che si sono lanciati immediatamente a riprodurre il nostro sistema per esplorarne le proprieta’, come ha riportato un recente articolo su Physics. E’ cosi’ partita la competizione per scoprire le proprieta’ di questo nuovo stato della materia, nella quale spero che avremo il massimo supporto dalle istituzioni di ricerca italiane”. Aggiungono Carlo Gabbanini e Andrea Fioretti del Cnr-Ino di Pisa: “Questo difficile esperimento e questo bel risultato sono il frutto di una stretta collaborazione, tra il gruppo di Firenze e il nostro gruppo di Pisa con competenze complementari che ci permettono di lavorare in modo innovativo. 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. Ora contiamo su un supporto importante da parte dei nostri referenti istituzionali per potenziare una ricerca di punta in un clima internazionale estremamente competitivo”.