Il freddo fa cose strane.
Se lasci la materia vicino allo zero assoluto, la fisica infrangerà le regole che hai imparato al liceo. Gli elettroni si muovono senza resistenza. Gli atomi si arrampicano sui muri come ragni. Tutto diventa confuso, governato dalla statistica quantistica invece che dalla logica newtoniana.
Due campi governano questo micromondo: i bosoni e i fermioni.
I bosoni, come i fotoni, sono gli animali da festa. Si affollano nello stesso spazio, agendo come un’onda coerente. Fermioni? Non c’è modo. Il principio di esclusione di Pauli vieta loro di condividere stati quantistici. Un elettrone rimane nella sua corsia. Questa regola impedisce alle stelle di neutroni di collassare in buchi neri, un compito piuttosto pesante per un vincolo così piccolo.
Ma cosa succede se si incasinano le regole?
I fisici volevano vedere cosa accadeva quando gli atomi erano costretti a alternarsi rapidamente tra la repulsione e l’attrazione reciproca.
“Cosa succede se si forzano gli atomi interagenti a scorrere costantemente attraverso condizioni estreme?”
Per testarlo, Alvise Bastianello e la sua squadra hanno prelevato circa 70.000 atomi di cesio. Li hanno raffreddati ai nanoKelvin. Abbastanza freddo da far sì che gli atomi smettessero di essere individui e si comportassero come un’unica entità sfocata: un gas di Bose.
Hanno intrappolato questo gas nei tubi laser. Una sola dimensione. Poi è arrivato il kicker.
Hanno dato impulso al sistema. Respingere. Attirare. Respingere. Attrarre ancora e ancora.
Il risultato non è stato il caos.
Di solito, quel tipo di energia riscalda le cose. Diffonde le particelle in modo casuale. Ma qui? Gli atomi si riorganizzarono. Si stabilirono in qualcosa di inaspettato: un mare di Fermi frazionato.
Pensaci. I fermioni non si accumulano. Rimangono separati. I bosoni si impilano. Questo nuovo stato non è né l’uno né l’altro. È a metà strada tra. Gli stati quantistici sono parzialmente riempiti, un ibrido glitch che probabilmente sopravvive solo in queste trappole di dimensione inferiore.
Yi Zeng, che ha condotto lo studio da Innsbruck, lo definisce un nuovo stato a molti corpi.
“Invece di limitarsi a riscaldare il sistema”, spiega Zeng, “il ciclo di interazione riorganizza gli atomi”.
Hanns-Christoph Nägerl nota che l’ordine è nascosto ma lì. Puoi vederlo nelle increspature. I dati hanno mostrato le oscillazioni di Friedel, la prova evidente che non si trattava solo di rumore casuale. Era una struttura. Un ordine fragile e complesso nato da ripetute interruzioni.
Non sanno ancora nemmeno come chiamare le particelle coinvolte. “Super Fermioni?” Nägerl scherza.
Forse.
Perché preoccuparsi?
Perché rompe il paradigma. La maggior parte delle simulazioni riproducono semplicemente ciò che già sappiamo. Questa configurazione ha creato uno stato che i libri di testo non hanno ancora scritto. Ciò suggerisce che i simulatori quantistici possono fare di più che imitare la natura; possono inventare nuova fisica per studiare come la realtà emerge dalla zuppa quantistica.
Probabilmente i prossimi sensori quantistici saranno all’orizzonte. O una crittografia più precisa. O materiali che non abbiamo mai sognato.
Per ora hanno solo un mare che non dovrebbe esistere. E non hanno finito di cercare.
