Ma cosa diavolo è un fracton?
Lascia che ti racconti una cosa affascinante che sembra uscita da un film di fantascienza.
Quando batti il dito sul tavolo, l'onda di vibrazione che si propaga può essere descritta come una singola "entità" chiamata fonone. I fisici chiamano questi oggetti quasi-particelle: non sono particelle fondamentali come gli elettroni, ma pattern che emergono dal comportamento collettivo di tantissime particelle. È come un'onda: non è solo acqua, eppure si comporta come qualcosa che puoi studiare.
Ora immagina una particella ancora più strana.
I fracton sono ciò che salta fuori quando osservi certe configurazioni magnetiche dentro i cristalli. Compaiono negli angoli dove si incontrano domini magnetici diversi, un po' come gli angoli della casa dove si raccoglie sempre la polvere. Ma qui viene il bello: queste creature quasi non si muovono.
Un singolo fracton è essenzialmente bloccato sul posto. Non può spostarsi da solo come farebbero le particelle normali. L'unico modo per spostarlo è che altri fracton vengano a "sposterlo" attraverso le interazioni con i vicini. È come quell'amico che non vuole guidare da nessuna parte, ma è felice di fare carpooling se passi a prenderlo prima.
Perché dovrebbe interessarti?
Può sembrare l'ennesima curiosità uscita dal mondo della fisica quantistica, ma c'è un motivo per cui i ricercatori sono così entusiasti.
Dato che i fracton sono così immobilizzati, potrebbero essere utili per qualcosa di davvero importante: immagazzinare informazione quantistica.
I computer tradizionali faticano a mantenere stabili gli stati quantistici perché sono estremamente fragili. La più piccola interferenza può mandare tutto in confusione. Ma se la tua informazione quantistica è memorizzata in particelle che fondamentalmente non possono muoversi, forse — solo forse — hai trovato un modo più robusto per proteggere quell'informazione.
La nuova scoperta
Qui le cose si fanno interessanti. Gli scienziati sospettavano da tempo che i fracton potessero esistere in certi stati quantistici della materia chiamati liquidi di spin quantistici. Non sono come il liquido nella tua bottiglia. Pensa piuttosto a un cristallo dove gli spin magnetici degli elettroni non si stabilizzano mai in un pattern fisso, nemmeno quando lo raffreddi quasi fino allo zero assoluto. Fluttuano continuamente, tombano in modo quantistico come atomi in un liquido.
Il problema? Le previsioni precedenti sui fracton si basavano su teorie molto astratte e generalizzate che non si collegano facilmente ai materiali reali.
Un team dell'HZB ha ora dimostrato che i fracton possono emergere anche in modelli più realistici di fisica dello stato solido quantistico. È una cosa grossa perché colma il divario tra "la matematica dice che potrebbe esistere" e "potremmo davvero trovarlo in un materiale reale".
Prima si erano scontrati con degli ostacoli. Quando gli effetti quantistici erano troppo forti, i fracton svanivano come la nebbia mattutina. Troppo deboli, ed esistevano ma mancavano di un comportamento quantistico autentico — fondamentalmente, erano impostori.
Migliorando come il loro modello rappresenta le interazioni di spin, il team ha trovato un punto ideale dove i fracton quantistici autentici possono esistere in condizioni realistiche.
E adesso?
I ricercatori stanno ora lavorando per identificare o creare sistemi fisici reali che corrispondano al loro modello teorico. Una strada promettente? I simulatori ad atomi di Rydberg, che possono intrappolare atomi e controllare le loro proprietà quantistiche con precisione incredibile.
Se tutto va bene, potremmo finalmente rilevare queste sfuggenti particelle in modo sperimentale — particelle che erano un tempo curiosità puramente teoriche potrebbero diventare le fondamenta per nuove tecnologie.
Immagina di memorizzare informazione quantistica in particelle che testardamente rifiutano di andare da nessuna parte. A volte le cose più immobili si rivelano le più preziose.
Fonte: ScienceDaily