Fisica
I supersolidi sono materiali strani che si comportano sia come un solido che come un fluido a causa degli effetti quantistici – e ora i ricercatori hanno creato un nuovo tipo intrigante di supersolido dalla luce laser.
La luce è stata trasformata in un materiale strano chiamato supersolido. Un solido strano che può fluire come un fluido è stato creato dalla luce per la prima volta. Studiare questo fenomeno aiuterà i ricercatori a comprendere meglio gli stati quantistici esotici della materia.
“Abbiamo effettivamente trasformato la luce in un solido. È piuttosto incredibile,” dice Dimitris Trypogeorgos del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) in Italia. Egli nota che Daniele Sanvitto, anch’egli al CNR, ha dimostrato come la luce potesse diventare un fluido più di un decennio fa. Ora Trypogeorgos, Sanvitto e i loro colleghi hanno usato la luce per creare non solo un solido qualsiasi, ma un “supersolido” quantistico.
I supersolidi hanno simultaneamente zero viscosità e una struttura cristallina simile all’arrangiamento degli atomi nei cristalli di sale. Questi materiali strani non hanno un corrispettivo al di fuori del regno quantistico. Per questo motivo, sono stati precedentemente creati solo in esperimenti con atomi raffreddati a temperature estremamente basse, dove gli effetti quantistici altrimenti trascurabili diventano dominanti.
Ma in questo esperimento, i ricercatori hanno sostituito gli atomi ultrafreddi con il semiconduttore arsenico di alluminio e gallio e un laser.
Hanno illuminato il laser su un piccolo pezzo del semiconduttore che aveva un motivo di creste strette. Le complesse interazioni tra la luce e il materiale hanno infine formato un tipo di particella ibrida chiamata polaritone. Il motivo delle creste ha limitato il modo in cui questi “quasiparticelle” potevano muoversi e le energie che potevano avere in modo tale che i polaritoni formassero un supersolido.
Sanvitto dice che il team ha dovuto misurare abbastanza proprietà di questa luce intrappolata e trasformata, e misurarle con sufficiente precisione, per dimostrare che era sia un solido che un fluido senza viscosità. Questo è stato una sfida perché gli scienziati non avevano mai creato e valutato sperimentalmente un supersolido fatto di luce prima, dice.
Il nuovo esperimento contribuisce alla comprensione generale dei fisici di come la materia quantistica possa cambiare il suo stato attraversando una transizione di fase, dice Alberto Bramati dell’Università Sorbona in Francia. Il team ha chiaramente dimostrato di aver creato un supersolido, ma molte più misurazioni devono essere fatte per comprendere le sue proprietà, dice.
Trypogeorgos dice che i supersolidi basati sulla luce potrebbero essere più facili da manipolare rispetto a quelli precedentemente creati dagli atomi, il che potrebbe fare dell’esperimento del suo team un primo passo verso la comprensione di una serie di tipi di materia nuovi e sorprendenti.
“Siamo davvero all’inizio di qualcosa di nuovo,” dice.