Fisica, rivoluzione in vista: rilevato un nuovo stato della materia

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PROVIDENCE – Rhode Island (USA) – J.Valles e J.Xu, fisici e professori della Brown University, sono i fautori di questa nuova scoperta. In un recente articolo pubblicato sulla rivista “Science” affermano di aver dimostrato l’esistenza di un nuovo stato della materia. Andando contro le attuali teorie della fisica quantistica, i due scienziati hanno trovato le coppie di Cooper “in metallo”.

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Fisica, la scoperta del nuovo stato di materia

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fonte: universal-journal

Tutto in natura rientra in quattro categorie di stato di materia: plasma (particelle e atomi), aeriforme (gas e vapori), liquido e solido. Questi si differenziano tra loro anche per le proprietà di conduzione. Ma se lo stesso materiale potesse servire sia da conduttore sia da isolante?

Già nel 2007 i due professori avevano rilevato che, a determinate condizioni, le coppie di Cooper (uno stato in cui due elettroni si legano, vincendo la loro forza repulsiva) potevano comportasi in entrambi i modi. Quello che sembrava un risultato “assurdo”, a distanza di 12 anni ha ottenuto una dimostrazione pratica. Ebbene, le coppie di Cooper possono condurre elettricità con una certa resistenza come fanno i comuni metalli. Tutto ciò richiederà ulteriori approfondimenti, ma intanto la fisica accoglie “le coppie di Cooper in metallo”.

C’erano già prove che questo stato metallico sarebbe emerso nei superconduttori a film sottile man mano che si raffreddavano verso la loro temperatura superconduttiva“, afferma Valles. All’equipe di scienziati non restava che determinare se, e in che modo, la condizione coinvolgesse le coppie di Cooper.

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Fisica, conduzione: elettroni e coppie di Cooper

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Normalmente, a temperatura ambiente gli elettroni si muovono liberamente in un metallo. Quando subiscono delle vibrazioni termiche si innesca il fenomeno di resistenza elettrica. Nei superconduttori, ciò avviene al di sotto della temperatura critica (verso il passaggio di stato di materia). In quest’ultima condizione, gli elettroni si accoppiano risultando immuni alle interferenze, disponendo di corrente ma senza resistenza.

Quest’unione tra gli elettroni è denominata coppia di Cooper (da Leon Cooper, premio Nobel 1972) e si comporta come una particella unica. Questi bosoni sono in grado di coordinare i loro movimenti con altri gruppi di elettroni in modo da annullare la conduzione elettrica. Quindi, se per natura tendono ad azzerare la carica elettrica, come fanno a essere superconduttori?

Ancora Valles dichiara: “l’aspetto interessante è che nessuno è sicuro di come facciano. Ma abbiamo sviluppato una tecnica che ci consente di attribuire alle coppie di Cooper la responsabilità della conduzione“.

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Fisica, l’esperimento che ha rivelato il nuovo metallo

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ossido di ittrio, bario e rame fonte: wikipedia

Per cercare le coppie di Cooper nello stato metallico è stata utilizzata una pellicola sottile di ossido di ittrio, bario e rame (YBCO) con piccoli fori alla matrice. Viene portata ad alta temperatura ed esposta a un campo magnetico con una corrente che lo attraversa. A questo punto, i portatori di carica orbitano attorno ai fori del film.

“Siamo in grado di misurare la frequenza con cui queste cariche circolano”,  dichiarano gli scienziati. “In questo esperimento abbiamo scoperto che la frequenza è coerente con la presenza di due elettroni che girano invece di uno solo”. In conclusione, si può affermare che i portatori di carica elettrica in questo stato sono coppie di Cooper.

La scoperta è destinata a influenzare il campo dei dispositivi elettronici e le applicazioni potrebbero essere infinite. Come affermato dai due scienziati “siamo di fronte a un qualcosa di completamente nuovo. Bisogna riscrivere la teoria sugli stati di materia“.

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