Rotazioni supersolide in sincronia
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I supersolidi, uno stato della materia che combina la rigidità di un solido con il flusso senza attrito di un superfluido, mostrano una sorprendente sincronizzazione quando ruotano. I ricercatori di Innsbruck hanno scoperto che i vortici quantistici - minuscoli vortici nel fluido quantistico - causano la precessione e la rivoluzione della struttura cristallina del superfluido per sincronizzare il loro movimento. Questa scoperta fornisce un nuovo strumento per studiare le proprietà fondamentali dei sistemi quantistici.
Il supersolido è uno stato paradossale della materia: è rigido come un cristallo ma scorre senza attrito come un superfluido. Questa forma esotica di materia quantistica è stata realizzata solo di recente nei gas quantistici dipolari. I ricercatori guidati da Francesca Ferlaino hanno voluto esplorare come interagiscono le proprietà solide e superfluide di un supersolido, in particolare in caso di rotazione. Nei loro esperimenti, hanno fatto ruotare un gas quantistico supersolido utilizzando un campo magnetico accuratamente controllato e hanno osservato un fenomeno sorprendente: "Le goccioline quantistiche del supersolido sono in un ordine periodico simile a un cristallo, tutte vestite da un superfluido tra di loro", spiega Francesca Ferlaino "Ogni gocciolina precorre seguendo la rotazione del campo magnetico esterno; tutte ruotano collettivamente. Quando un vortice entra nel sistema, precessione e rivoluzione iniziano a ruotare in modo sincrono".
"Quello che ci ha sorpreso è che il cristallo supersolido non ruotava semplicemente in modo caotico", dice Elena Poli, che ha guidato la modellazione teorica. "Una volta formatisi i vortici quantistici, l'intera struttura è entrata in ritmo con il campo magnetico esterno, trovando il proprio ritmo".
Andrea Litvinov, che ha condotto gli esperimenti, aggiunge: "È stato emozionante vedere i dati allinearsi improvvisamente con la teoria. C'è stato un momento in cui il sistema è 'scattato a ritmo'".
Una nuova sonda per la materia quantistica
La sincronizzazione è quando due o più sistemi entrano in ritmo l'uno con l'altro. È comune in natura, come gli orologi a pendolo che ticchettano all'unisono, le lucciole che lampeggiano insieme o le cellule cardiache che battono in sincronia. Il team di Innsbruck ha dimostrato che anche la materia quantistica esotica può sincronizzarsi.
La scoperta non solo approfondisce la comprensione di questo insolito stato della materia, ma offre anche un nuovo potente modo di sondare i sistemi quantistici. Seguendo la sincronizzazione, il team è stato in grado di determinare la frequenza critica alla quale appaiono i vortici, una proprietà fondamentale dei fluidi quantistici rotanti che è stata difficile da misurare direttamente.
Il team ha combinato simulazioni avanzate con delicati esperimenti su atomi ultrafreddi di disprosio, raffreddati a pochi miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. Utilizzando una tecnica chiamata magnetostirring, sono riusciti a far ruotare il supersolido e a catturarne l'evoluzione con grande precisione.
Dal laboratorio al cosmo
Le scoperte potrebbero avere implicazioni al di là del laboratorio. Si pensa che dinamiche vorticose simili giochino un ruolo negli improvvisi "glitch" osservati nelle stelle di neutroni, alcuni degli oggetti più densi dell'universo. "I supersolidi sono un terreno di gioco perfetto per esplorare questioni altrimenti inaccessibili", afferma Poli. "Anche se questi sistemi sono creati in trappole di laboratorio di dimensioni micrometriche, il loro comportamento può riecheggiare fenomeni su scala cosmica".
"Questo lavoro è stato reso possibile dalla stretta collaborazione tra teoria ed esperimento e dalla creatività dei giovani ricercatori del nostro team", afferma la responsabile del gruppo Francesca Ferlaino del Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Innsbruck e dell'Istituto per l'Ottica Quantistica e l'Informazione Quantistica (IQOQI) dell'Accademia Austriaca delle Scienze (ÖAW). La ricerca è stata condotta in collaborazione con il Centro Pitaevskii BEC dell'Università di Trento.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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