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AvanTICollegati per la prima volta insieme due cristalli temporali

20.06.22 - 08:00
I cristalli sono stati uniti in un unico sistema in evoluzione che potrebbe essere utile nell’informatica quantistica.
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20.06.22 - 08:00
Collegati per la prima volta insieme due cristalli temporali
I cristalli sono stati uniti in un unico sistema in evoluzione che potrebbe essere utile nell’informatica quantistica.

Per la prima volta, gruppi isolati di particelle che si comportano come stati bizzarri della materia, noti appunto come cristalli temporali, sono stati collegati in un unico sistema in evoluzione che potrebbe avere importanti risvolti sull’informatica quantistica. Si tratta del passo successivo dopo la prima osservazione dell’interazione tra due cristalli temporali, descritta in un documento due anni fa, verso l’utilizzo potenziale dei cristalli temporali per scopi pratici.

I cristalli temporali, scoperti e confermati ufficialmente solo nel 2016, sono una fase della materia molto simile ai normali cristalli, ma con una proprietà aggiuntiva e alquanto peculiare. Nei cristalli regolari gli atomi sono disposti in una struttura a griglia fissa e tridimensionale, come il reticolo atomico di un diamante o di un cristallo di quarzo. Questi reticoli ripetuti possono differire nella configurazione, ma qualsiasi movimento che esibiscono deriva esclusivamente da spinte esterne.

Nei cristalli temporali, invece, gli atomi si comportano in modo diverso. Questi esibiscono schemi di movimento nel tempo che non possono essere spiegati così facilmente da una spinta esterna. Tali oscillazioni, denominate “ticchettio”, sono bloccate su una frequenza regolare e particolare. A livello teorico, i cristalli temporali ticchettano al loro stato energetico più basso possibile, chiamato stato fondamentale, e presentano un comportamento stabile e coerente per lunghi periodi di tempo. Quindi, dove la struttura dei cristalli regolari si ripete nello spazio, nei cristalli temporali si ripete nello spazio e nel tempo, mostrando un movimento perpetuo nello stato fondamentale.

Il team guidato dal fisico e autore principale Samuli Autti della Lancaster University, nel Regno Unito, ha lavorato con cristalli temporali costituiti da quasiparticelle chiamate Magnoni, che non sono vere particelle ma consistono in un’eccitazione collettiva dello spin degli elettroni, come un’onda che si propaga attraverso un reticolo di spin. I Magnoni emergono quando l’elio-3 viene raffreddato entro un decimillesimo di grado dallo zero assoluto. Questo crea quello che viene chiamato superfluido di fase B, un fluido a viscosità zero con bassa pressione. In questo mezzo i cristalli temporali si formano come condensati di Bose-Einstein spazialmente distinti, ciascuno costituito da un trilione di quasiparticelle di Magnoni.

Un condensato di Bose-Einstein è formato da bosoni raffreddati solo di una frazione sopra lo zero assoluto. Questo li fa sprofondare nel loro stato di energia più bassa, muovendosi molto lentamente e avvicinandosi abbastanza da sovrapporsi, producendo una nuvola di atomi ad alta densità che agisce come un “super atomo” o onda di materia. Quando ai due cristalli temporali è stato consentito di toccarsi, si sono scambiati i Magnoni. Questo scambio ha influenzato l’oscillazione di ciascuno dei cristalli temporali, creando un unico sistema con la possibilità di funzionare in due stati discreti.

Nella fisica quantistica, gli oggetti che possono avere più di uno stato esistono in un mix di questi stati prima che siano fissati da una misurazione chiara. Avere un cristallo temporale che opera in un sistema a due stati, quindi, fornisce nuove importanti risorse come base per le future tecnologie quantistiche.

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