Un importante studio internazionale, coordinato dall’Istituto Nazionale di Ottica del Cnr (Cnr-Ino) di Sesto Fiorentino e pubblicato su Nature Communications, ha identificato i meccanismi fondamentali che regolano la dinamica dei vortici nei superfluidi fortemente interagenti.
Una scoperta che non solo migliora la comprensione del comportamento quantistico della materia, ma potrebbe accelerare lo sviluppo di dispositivi quantistici ad alta efficienza.
Cosa sono i vortici nei superfluidi e perché sono così importanti
I vortici sono minuscoli mulinelli di fluido che ruotano attorno a un asse. Nel nuovo studio, i ricercatori hanno osservato questi fenomeni all’interno di un gas di atomi di litio raffreddato a temperature estreme: appena 10 miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto.
In queste condizioni la materia diventa superfluida, cioè capace di scorrere senza viscosità e senza attrito. Il comportamento dei superfluidi ricorda quello dei superconduttori, in cui la corrente elettrica fluisce senza resistenza. In entrambi i casi, la dinamica dei vortici rappresenta la chiave per capire quando e come insorgono fenomeni dissipativi.
Un laboratorio quantistico controllato: la simulazione perfetta
Come spiega Giacomo Roati, dirigente di ricerca Cnr-Ino e responsabile del progetto, l’uso di gas atomici ultrafreddi consente di studiare il fenomeno in condizioni di controllo totale, vere e proprie simulazioni quantistiche.
Queste simulazioni hanno mostrato che il comportamento dei vortici nei superfluidi ultrafreddi presenta forti analogie con quello osservato nei superconduttori ad alta temperatura, un settore ancora ricco di interrogativi scientifici.
Comprendere questo moto è cruciale per una ragione precisa: permette di progettare dispositivi quantistici più stabili ed efficienti, capaci di minimizzare la dissipazione energetica.
La prima osservazione diretta della dinamica di un singolo vortice
Uno degli aspetti più innovativi del lavoro è l’osservazione della dinamica di un singolo vortice all’interno del superfluido.
Secondo Diego Hernández-Rajkov, ricercatore Cnr-Ino, i vortici risultano influenzati dalla presenza di particelle che popolano il nucleo del vortice stesso: una prima evidenza — seppur indiretta — dell’esistenza di tali particelle in questo regime fisico.
Analizzando il movimento del vortice, i ricercatori sono riusciti a ricostruire i processi microscopici che ne determinano il comportamento, offrendo una nuova visione sulla struttura interna di questi oggetti quantistici.
Un passo avanti verso tecnologie quantistiche più efficienti
Come sottolinea Nicola Grani, fisico dell’Università di Firenze, la dinamica dei vortici determina i limiti con cui superfluidi e superconduttori possono trasportare correnti senza resistenza.
Capire come questi mulinelli quantistici si muovono significa accedere a una conoscenza più profonda del comportamento della materia quantistica e aprire nuove prospettive per:
- tecnologie quantistiche di nuova generazione,
- dispositivi a bassissima dissipazione energetica,
- applicazioni nei campi del calcolo quantistico e della sensoristica avanzata.
