Sul fatto che un materiale solido possa sciogliersi, non ci piove. Basta riscaldarlo alla dovuta temperatura e il gioco è fatto. Ma di sicuro non è altrettanto intuitivo scioglierlo col freddo, e per di più sfruttando un effetto quantistico. Del resto, pure molte delle altre storie che ci racconta la meccanica quantistica sembrano tutto fuorché intuitive
CRONACA – Sviluppatasi negli anni ’20 del secolo scorso, la meccanica quantistica ha avuto un impatto enorme nel progresso delle nostre conoscenze sul funzionamento della materia. Le particelle elementari che formano la materia – come elettroni, protoni, neutroni e fotoni – e le loro proprietà sono ben note all’interno del modello fornito dalla fisica quantistica. E tuttavia persino oggi, novant’anni dopo, vengono scoperti e descritti nuovi principi scientifici di questa branca della fisica: la scoperta più recente ha permesso di portare alla luce qualcosa di apparentemente impossibile.
Eran Rabani, chimico israeliano dell’Università di Tel Aviv, e i suoi colleghi della Università Columbia, negli Stati Uniti, hanno scoperto un nuovo effetto quantistico lavorando con i liquidi viscosi. Hanno determinato che è possibile sciogliere il vetro non riscaldandolo, ma raffreddandolo a una temperatura prossima allo zero assoluto (-273,15 ºC, o –459,67 ºF). Ciò ha a che fare con il modo in cui le molecole sono disposte all’interno di un materiale. A un certo punto della fase di raffreddamento, un materiale può divenire vetro, e successivamente un liquido, se esistono le condizioni giuste.
Questa nuova ricerca di base, pubblicata su Nature Physics di questo mese, ha al momento applicazioni pratiche limitate, afferma Rabani. Ma sapere perché i materiali si comportino in un determinato modo apre la strada a passi in avanti nel futuro.
La fisica classica ha permesso ai ricercatori di essere certi sulle qualità degli oggetti fisici. Ma al livello atomico/molecolare, in conseguenza del principio di dualità che descrive oggetti piccoli come onde, è impossibile determinare posizione molecolare e velocità esatte con infinita precisione contemporaneamente, un fatto noto come il “Principio di Heisenberg”. Sulla base di questo principio, Rabani e colleghi sono riusciti a dimostrare il sorprendente fenomeno naturale di “liquefazione fredda” del vetro.
La ricerca è stata ispirata dal Nobel Philip W. Anderson, che aveva definito la comprensione dei vetri classici uno dei maggiori problemi ancora irrisolti della fisica della materia condensata. La sfida lanciata da Anderson è stata raccolta da gruppi di ricercatori sparsi per il mondo.
Fino a oggi, i vetri a struttura quantistica – cioè, ciò che si ha quando si mischiano le proprietà uniche dei vetri a effetti quantistici – non erano mai stati esplorati. Rabani si è chiesto se, guardando al livello quantistico, avrebbe visto ancora il comportamento di un vetro classico.
Ciò che i ricercatori hanno svelato è un comportamento nuovo e unico, che mostra che i vetri quantistici hanno una “firma” particolare. Per quanto riguarda le applicazioni pratiche, dovremmo attendere: poche persone hanno attualmente in casa dei congelatori capaci di arrivare a meno 273 gradi sottozero.
