10 dicembre 2019
Aggiornato 22:00
oltre solido, liquido e gassoso

«Quantum spin liquid», il nuovo e incredibile stato della materia

E' «una nuova voce che si aggiunge al breve elenco di stati quantistici della materia oggi noti». Ecco il quantum spin liquid

Il nuovo stato della materia
Il nuovo stato della materia Shutterstock

ROMA - Gli stati più conosciuti della materia sono solido, liquido e gassoso. Ma ci sono anche versioni più stravaganti, definite giocando con temperature e pressioni estreme, come lo stato plasmatico, quello supercritico o i condensati di Bose-Einstein, per limitarci ai nomi meno bizzarri. Ora, come segnala Media Inaf, il notiziario online dell'Istituto nazionale di astrofisica, la lista s'allunga ulteriormente. Il nuovo arrivato si chiama quantum spin liquid (QSL), è uno stato quantistico piuttosto misterioso che si potrebbe celare in alcuni materiali magnetici, e per quanto non ancora osservato in natura in realtà del tutto nuovo non è, essendo stato predetto una quarantina d'anni fa. La novità è che da oggi, della sua esistenza, ci sono le prove.

Cos’è il quantum spin liquid (QSL)
Per riconoscere un materiale in stato quantum spin liquid, spiegano gli autori d'uno studio appena pubblicato su Nature Materials, ci si deve affidare ai suoi elettroni, che si "frazionalizzano" in quegli ineffabili, mitici unicorni della fisica particellare che vanno sotto il nome di fermioni di Majorana. Ma come si comporta un materiale in stato QSL? Partiamo da un normale materiale magnetico, con gli elettroni che si "orientano" come se fossero essi stessi minuscole barre magnetizzate. Quando un simile materiale raggiunge temperature sufficientemente basse, i suoi "magneti" si allineano, così che - per esempio - tutti i "poli nord" puntino nella stessa direzione. Al contrario, un materiale che si trovi in stato quantum spin liquid può essere raffreddato anche fino allo zero assoluto ma le sue "barre magnetiche" continueranno a non allinearsi, optando invece per quella che i fisici, con ammirevole sforzo immaginifico, descrivono come "una zuppa d'entanglement frutto di fluttuazioni quantistiche".

Un altro stato quantistico della materia
Per trovare le prove, i fisici del Oak Ridge National Laboratory, in Tennessee (Usa), hanno cercato tracce della frazionalizzazione usando la tecnica dello scattering non elastico di neutroni, in un materiale (quasi) bidimensionale, i cristalli di tricloruro di rutenio (RuCl3). Il risultato del pattern d'increspature prodotto dai neutroni usati per "illuminare" i cristalli di RuCl3 coincidono con le predizioni teoriche alle quali era giunto, nel 2014, un team guidato da un altro dei coautori di quest'ultimo studio, Johannes Knolle, del Cavendish Laboratory di Cambridge. Ed ecco quindi la prova che permette di dichiarare, come ha fatto lo stesso Knolle, di essere davanti a "una nuova voce che si aggiunge al breve elenco di stati quantistici della materia oggi noti".