PREMIATA LA SCOPERTA DEL QUARTO STATO DELLA MATERIA

Era stato ipotizzato già 75 anni fa da Albert Einstein

ROMA – La realizzazione in laboratorio del quarto stato della materia (oltre a quello liquido, solido e gassoso), ipotizzato già 75 anni fa da Albert Einstein. Questa la scoperta, confermata appena 6 anni fa, che ha valso il Nobel per la fisica a Eric Cornell, Wolfgang Ketterle e Karl Wieman. Si tratta di uno dei traguardi più a lungo inseguiti della fisica atomica moderna. La scoperta è stata effettuata in Usa al JILA (Joint Institute for Laboratory Astrophisics) di Gaithersburg, nel Maryland, da un gruppo di ricercatori guidati da Cornell e Wieman, ed è consistita nella realizzazione in laboratorio del cosiddetto condensato di Bose-Einstein, ipotizzato nel 1925 da Einstein in base al lavoro del fisico teorico indiano Satyendra Nath Bose.

L’esperimento è avvenuto il 5 giugno 1995.

I ricercatori del JILA sono riusciti a raffreddare atomi di rubidio fino a due miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto (pari a 0,00000002 gradi), innescando la condensazione di questi atomi in un ‘superatomo’ della durata solo 15 secondi, ma registrata memoria di un computer. Indipendentemente dalle ricerche di Cornell e Wieman, Ketterle ha realizzato un esperimento analogo lavorando però con atomi di sodio. Il condensato che ha ottenuto contiene un maggior numero di atomi e permette uno studio più preciso del fenomeno. Per zero assoluto si intende 273,15 gradi sotto lo zero. Questa temperatura è considerata la «morte termica» di ogni materia perchè annulla qualsiasi forma di agitazione termica delle molecole ed è virtualmente irraggiungibile.

Il metodo usato al JILA è indicato

come ‘raffreddamento per evaporazionè, un fenomeno simile al raffreddamento dell’acqua, dove le particelle più calde vengono espulse sotto forma di vapore. Per realizzare l’esperimento, i ricercatori hanno utilizzato una ‘trappola magnetica’ in grado di trattenere solo gli atomi più freddi, migliorata con un procedimento studiato da Cornell per evitare che questi atomi sfuggissero al controllo all’ultimo momento. Quando l’apparecchio per il raffreddamento era sceso a 170 miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto, nella pipetta contenente il rubidio è apparsa una quantità microscopica di condensato, circa 2.000 atomi. Il condensato così ottenuto è stato distrutto da un raggio laser, sopravvivendo il tempo necessario per essere catturato sotto forma di immagine da un computer. La temperatura raggiunta dal Nist è molto più bassa di quella misurata dagli astronomi in qualsiasi altra porzione dell’Universo. Il condensato di Bose-Einstein deve la sua esistenza alle peculiarità della fisica dei quanti, e in particolare alla differenza tra due particolari tipi di materia: i ‘fermioni’ (dal nome di Enrico Fermi) e i ‘bosoni’ (dal succitato Bose). Secondo una legge scoperta negli anni Trenta dal tedesco Wolfgang Pauli, due fermioni in un sistema dato non possono occupare lo stesso «stato quantico».

Il «principio di esclusione di Pauli»

non si applica invece ai bosoni, per cui gli scienziati sono riusciti a spingere un numero di essi in uno spazio limitato, costringendoli a sovrapporsi tra loro fino a condensarsi in un unico ‘superatomò. Per il condensato di Bose-Einstein, ma soprattutto per le tecnologie messe a punto per ottenerlo vi sono prospettive di utilizzazione che vanno dalla misure di altissima precisione al vasto campo delle nanotecnologie.

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