Ma davvero la luce è stata congelata dagli scienziati italiani?

Un gruppo di scienziati italiani è riuscito a trasformare per la prima volta la luce in un supersolido, aprendo nuove porte alla comprensione degli stati quantistici particolarmente insoliti della materia.

Questo risultato segna una pietra miliare nel campo della fisica della materia condensata, offrendo nuovi spunti per approfondire fenomeni ancora poco esplorati.

Dimitrios Trypogeorgos, ricercatore presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) italiano, ha dichiarato entusiasta: “Abbiamo effettivamente trasformato la luce in un solido. È davvero incredibile!”

Questo esperimento, pubblicato sulla rivista Nature all’inizio di marzo, è il frutto del lavoro di Trypogeorgos svolto insieme a Daniele Sanvitto e al loro team, che hanno potuto progredire rispetto agli studi precedenti. In particolare, Sanvitto aveva dimostrato più di dieci anni fa che la luce poteva comportarsi come un fluido, ma ora, grazie agli sviluppi più recenti, il team ha realizzato qualcosa di ancora più straordinario: un supersolido quantistico.

La creazione del supersolido di luce: un traguardo storico

Ma, quindi, com’è stato possibile “congelare” la luce a detta degli entusiasti titoloni di siti web, blog e portali di informazione?

In realtà, semplificando molto i concetti, bisogna partire dal presupposto che la luce è composta da minuscole particelle chiamate fotoni, per essere pignoli “quanti di energia della radiazione elettromagnetica” o “quanti di luce”, che però non hanno massa e, di conseguenza, è impossibile afferrarli e manipolarli come un comune materiale. Tuttavia, gli scienziati hanno “intrappolato” i fotoni all’interno di un solido molto denso e freddo con i fotoni che hanno iniziato a comportarsi dunque come un supersolido quantistico. Questo particolare stato della luce ha però senso nel mondo quantistico, per cui affermare che la luce è stata congelata è una semplificazione molto esagerata che, però, ci aiuta a capire come si sono comportati i fotoni nell’esperimento, con i quanti di luce che “mutano” in particelle ibride chiamate polaritoni.

 

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Cosa sono i supersolidi?

I supersolidi sono materiali eccezionali che combinano le caratteristiche di un solido e di un liquido.

Da un lato, possiedono una struttura simile a quella di cristalli convenzionali, come il sale da cucina; dall’altro, però, presentano una viscosità pari a zero, un comportamento che li rende simili a un fluido. Questi materiali non seguono le leggi della fisica che regolano i materiali comuni, ma appartengono al regno della fisica quantistica, dove le leggi che governano la materia sono ben più complesse e sfuggenti.

Fino a oggi, i supersolidi erano stati creati solo in esperimenti controllati che prevedevano atomi raffreddati a temperature estremamente basse. In queste condizioni, gli effetti quantistici diventano evidenti e osservabili. Il nuovo esperimento, tuttavia, si discosta notevolmente da quelli precedenti, utilizzando un semiconduttore, precisamente l’arseniuro di gallio e alluminio, al posto degli atomi ultracaldi.

Il ruolo dei polaritoni: l’interazione tra luce e semiconduttore

L’esperimento del team italiano è consistito nel puntare un laser verso una specifica parte del semiconduttore. Quando la luce ha interagito con il materiale, si sono formate particelle ibride chiamate polaritoni, ovvero particelle quantistiche che combinano la luce e gli elettroni. La particolare struttura del semiconduttore utilizzato nell’esperimento ha avuto un ruolo fondamentale, limitando i movimenti di questi particelle e, quindi, anche la loro energia.

Questa interazione tra luce e semiconduttore ha permesso ai polaritoni di aggregarsi in uno stato supersolido. È importante sottolineare che questo processo ha richiesto una precisione straordinaria per misurare correttamente le proprietà del nuovo stato della materia. Gli scienziati dovevano garantire che il nuovo materiale possedesse sia le caratteristiche di un solido che quelle di un fluido, come la totale assenza di viscosità.

La luce congelata è una svolta importante per la fisica

Sanvitto ha evidenziato la difficoltà del processo, affermando che non era mai stato creato né validato sperimentalmente un supersolido “fatto” di luce. La creazione di un tale stato della materia è una delle sfide più complesse in fisica, e la riuscita dell’esperimento rappresenta una svolta importante per la comunità scientifica.

Alberto Bramati, dell’Università della Sorbona in Francia, ha sottolineato l’importanza di questo studio per la comprensione dei passaggi di fase della materia quantistica. La scoperta contribuisce a un’analisi più approfondita dei modi in cui la materia può cambiare stato attraverso transizioni di fase, un fenomeno chiave nella fisica moderna.

Le potenzialità future: supersolidi e tecnologia quantistica

Sebbene i ricercatori abbiano già dimostrato che la luce può essere trasformata in un supersolido, c’è ancora molto lavoro da fare. Bramati ha infatti sottolineato la necessità di ulteriori misurazioni e analisi per comprendere appieno le proprietà di questi nuovi materiali. Tuttavia, Trypogeorgos si è mostrato ottimista riguardo alle opportunità di ricerca future. In particolare, ha suggerito che i supersolidi basati sulla luce potrebbero essere più facili da gestire rispetto a quelli generati da atomi. Questa caratteristica potrebbe consentire una maggiore esplorazione di stati della materia finora sconosciuti, con implicazioni potenzialmente rivoluzionarie per la tecnologia quantistica.

Le applicazioni nella tecnologia quantistica

La creazione di un supersolido a base di luce potrebbe aprire la strada a una serie di applicazioni innovative nel campo della tecnologia quantistica. I supersolidi potrebbero, ad esempio, essere utilizzati per sviluppare dispositivi quantistici più efficienti e stabili che potrebbero trasformare il modo in cui memorizziamo e trattiamo le informazioni a livello microscopico. La capacità di manipolare la luce in questo modo potrebbe anche avere implicazioni significative per il miglioramento delle comunicazioni quantistiche e della computazione quantistica, due aree che stanno attirando sempre più l’attenzione degli scienziati.

In conclusione, la creazione del supersolido a base di luce “congelata” segna una tappa fondamentale nella fisica moderna. Con ulteriori esperimenti e approfondimenti, questa scoperta potrebbe rivelarsi cruciale per il progresso della scienza e della tecnologia nei prossimi anni.

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