Spiegato facile: il Nobel per la Fisica 2016

n. 696

superconduttoreChi ha vinto: David Thouless della University of Washington, Duncan Haldane della Princeton University, Michael Kosterlitz della Brown University.

Quanto hanno vinto Il premio di 937.000 dollari è stato così suddiviso: metà della cifra a Thouless e la metà del rimanente divisa fra gli altri due.

Perché hanno vinto: per le loro scoperte teoriche nelle transizioni di fase topologiche e gli stati della materia topologici.

Tradotto in termini più semplici Se pensiamo agli stati della materia, in genere ci vengono in mente questi: solido, liquido, gassoso. Prendiamo per esempio l’acqua: sulla Terra la troviamo come ghiaccio (solido), da bere o farci la doccia (liquida), come vapore (gassoso). In realtà esistono altri stati. Per esempio esiste lo stato di plasma o gas ionizzato: un minestrone di nuclei e cariche elettriche. Nel plasma infatti non ci sono più atomi “definiti”,dove ogni nucleo di solito ha un certo numero di elettroni che lo circonda come una nuvola, ma un mix indistinto. Il plasma  si forma quando le temperature sono altissime:  questo permette agli elettroni di acquistare energia e liberarsi del legame imposto dalla forza elettromagnetica. Insomma nel plasma è come se il motto fosse: liberi tutti! Sulla Terra il plasma è raro: si forma in prossimità dei fulmini (sono luminosi perché l’aria da gassosa diventa plasma ed emette luce) e delle aurore boreali. Artificialmente lo troviamo per esempio nelle tv al plasma dove microscopiche quantità di gas emettono luce.

Bene, allora siamo a 4 stati: solido, liquido, gasso, plasma. Finito qui? No. Perché quando le condizioni diventano ancora più estreme, la materia si comporta in modo imprevedibile e diventa... materia esotica. Si parla ora di fenomeni come la superconduttività* (v. fine post) e la superfluidità** Ed eccoci, ci stiamo avvicinando al Nobel!

Fino alle scoperte dei tre vincitori del Premio Nobel per la Fisica 2016, i fisici pensavano che la materia esotica mantenesse le sue peculiarità solo se fosse stata tridimensionale. In altre parole pensavano che la superconduttività e la superfluidità non fossero possibili per un materiale tanto sottile da poter essere considerato bidimensionale. I vincitori hanno dimostrato che non è così: anche in 2D i fenomeni sono possibili e dipendono dalla forma a livello microscopico dei materiali (ecco perché si parla di topologia). Questa teoria apre tantissime possibilità per un incredibile avanzamento nelle tecnologie! Un giorno ci sarà una rivoluzione nelle batterie, che dureranno tantissimo, nei materiali per la memoria dei computer e molti pensano che sarà possibile avere un dialogo sempre più “umano” con i computer grazie alla grandissima capacità di memoria che potranno avere e in pochissimo spazio (come dire: dialogare con Siri sarà sempre più “realistico”).

*Superconduttività: è un fenomeno fisico per cui certi materiali solo quando sono raffreddati, conducono l’energia elettrica senza resistenza (cioè non dissipano energia elettrica sotto forma di calore.. quindi un ferro da stiro superconduttore sarebbe inutile visto che questo elettrodomestico funziona perché “spreca” l’energia elettrica in calore per la piastra!) e inoltre espellono un campo magnetico (v. foto: il superconduttore raffreddato è quello sotto, il pezzetto metalicco che fluttua è "appoggiato" sul campo magnetico emesso). I magneti superconduttori sono utilizzati per esempio negli apparecchi per la risonanza magnetica o anche nelle industrie per pigmenti per separare le particelle metalliche, solo per fare un paio di esempi.

**Superfluidità: è un fenomeno fisico per cui un fluido non ha attrito interno e le molecole si muovono senza sprecare energia cinetica. Per esempio se per assurdo avessimo una “the superfluido” e lo mescolassimo col cucchiaino, lo vedremmo girare in tondo nella tazza per sempre. La superfluidità è un fenomeno della fisica delle alte energie ed è ipotizzata anche in astrofisica: forse l’interno delle stelle di neutroni è costituito da un superfluido (e anche superconduttore).  Nel 1999 fu condotto un esperimento dalla fisica danese Lene Hau: un superfluido di sodio raffreddato a pochi milionesimi di grado sopra lo zero assoluto (-273,15 °C) riuscì a rallentare la luce che lo attraversava. Anche la superfluidità potrebbe un giorno diventare la chiave per avere dispositivi elettronici sempre più potenti.

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