Riassunto:
La comunità dei fisici ha fatto un passo avanti nel campo della ricerca sugli stati estremi della materia. Il team di ricerca scientifica ha misurato con successo per la prima volta con alta precisione le proprietà microscopiche di uno straordinario materiale quantistico che non può essere contenuto in nessun contenitore tradizionale: l'elio superfluido. Questo risultato sperimentale non solo supera i problemi di misurazione che hanno afflitto la comunità dei fisici per decenni, ma apre anche nuovi modi per esplorare in profondità la meccanica dei fluidi quantistici e l’evoluzione della materia in ambienti estremi.
Quando l'elio liquido viene raffreddato fino a un punto di transizione critico vicino allo zero assoluto (meno 273,15 gradi Celsius), si verifica una transizione di fase quantistica in uno stato superfluido. Le sostanze allo stato superfluido perdono completamente la loro viscosità e non generano alcuna resistenza di attrito durante lo scorrimento. Questa estrema proprietà di assenza di attrito conferisce ai superfluidi la straordinaria capacità di arrampicarsi sulle pareti: possono formare una pellicola microscopica estremamente sottile lungo la parete di un bicchiere o di una camera di prova che lo contiene, arrampicarsi e fuoriuscire oltre il bordo del contenitore, quindi fisicamente nessun contenitore convenzionale può sigillarlo e trattenerlo completamente. Per molto tempo, questa scalata spontanea e l’incapacità di adattarsi staticamente hanno reso estremamente difficile per i ricercatori misurare stabilmente i suoi parametri termodinamici e di dinamica quantistica microscopica senza interferenze dovute agli effetti di confine.
Per superare questa limitazione sperimentale, i fisici hanno progettato una soluzione innovativa di sospensione e rilevamento senza contatto. Il team sperimentale ha utilizzato la tecnologia della levitazione magnetica superconduttiva e un sistema di pinzette ottiche di precisione per sospendere tracce di goccioline di elio superfluido nello spazio in un ambiente con vuoto ultraelevato e temperatura estremamente bassa, staccandosi completamente da qualsiasi contatto con la superficie di un contenitore solido. Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato sonde laser estremamente deboli e sensori di risonanza superconduttori ultrasensibili per condurre un monitoraggio in tempo reale ad altissima precisione senza precedenti del movimento del vortice quantistico, della velocità di propagazione microscopica delle onde sonore e dell’energia di eccitazione delle quasi-particelle all’interno delle goccioline sospese.
I risultati sperimentali forniscono per la prima volta i parametri puramente fisici di un superfluido senza interazione sulla superficie del contenitore, confermando molte previsioni all'avanguardia sul flusso senza ostacoli e sulla coerenza quantistica macroscopica nella teoria quantistica a molti corpi. Il gruppo di ricerca ha sottolineato che questa misurazione non è solo decisiva per il miglioramento della teoria fisica di base, ma il meccanismo di flusso microscopico che rivela fornirà anche un supporto dati chiave per la prossima generazione di giroscopi quantistici ultrasensibili, l’architettura di raffreddamento dei dispositivi di calcolo quantistico superconduttori e la simulazione della materia nucleare superfluida all’interno delle stelle di neutroni in astrofisica.
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