Studiosi toscani esplorano il vortice quantistico

SESTO FIORENTINO — Uno studio coordinato dall'istituto nazionale di ottica del Cnr di Sesto Fiorentino ha "guardato" dentro i vortici quantistici in superfluidi fortemente interagenti, individuandone i meccanismi fondamentali.  

Si tratta, spiega il Cnr, di piccoli mulinelli di fluido che ruotano attorno a un asse, all'interno di un gas di atomi di litio raffreddato a temperature estremamente basse, appena 10 miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. "In queste condizioni - sottolinea il Consiglio nazionale delle ricerche in una nota- la materia entra in uno stato chiamato superfluido, in cui la viscosità scompare e il fluido scorre senza attrito. Il comportamento superfluido degli atomi ultrafreddi è analogo a quello dei superconduttori, dove la corrente elettrica può circolare senza resistenza, permettendo il trasporto di corrente senza perdita di energia. In entrambi i sistemi, la dinamica dei vortici ha un ruolo fondamentale, poiché può aprire un canale per la dissipazione dell’energia".

Alla a ricerca, pubblicata su Nature Communications, hanno partecipato anche le Università di Firenze, di Bologna e di Trieste, la Warsaw University of Technology e l’Università tedesca di Augusta. Il lavoro dei ricercatori ha consentito, per la prima volta, di studiare la dinamica di un singolo vortice in un superfluido. "I risultati mostrano che il moto dei vortici, nel regime studiato, è influenzato dalla presenza di particelle che popolano il nucleo del vortice - spiega Diego Hernández-Rajkov, ricercatore del Cnr-Ino presso il Lens - Questo studio rappresenta anche la prima evidenza, seppur indiretta, di tali particelle in questo regime. Analizzando la dinamica del vortice, siamo dunque riusciti a ricostruire i fenomeni microscopici che ne regolano la dinamica e la sua struttura interna".

"L’utilizzo di gas atomici ultrafreddi -spiega Giacomo Roati, dirigente di ricerca Cnr-Ino presso il Lens e responsabile del gruppo di ricerca - ci ha permesso di studiare questo fenomeno in modo estremamente controllato, all’interno di vere e proprie ’simulazioni quantistiche’. La dinamica dei vortici nel caso studiato condivide similitudini con quella nei superconduttori ad alta temperatura, un campo ancora oggetto di studio. Comprendere il loro moto è essenziale per valutare gli effetti dissipativi e per progettare dispositivi quantistici ad alta efficienza, nei quali tali effetti possano essere minimizzati in modo mirato, aprendo la strada a tecnologie quantistiche all’avanguardia”.

"Sia nei superfluidi sia nei superconduttori - aggiunge Nicola Grani, dottore di ricerca in Fisica e Astronomia all’Università di Firenze - la dinamica dei vortici è determinata da forze interne al sistema: capire come si muovono è fondamentale per comprendere i limiti con cui questi possono trasportare correnti senza viscosità e resistenza, oltre che per accedere a una conoscenza più profonda dei meccanismi che regolano il comportamento quantistico della materia".

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