A volte, nel mondo della ricerca scientifica, i risultati arrivano subito, chiari e inequivocabili. Altre volte, invece, la natura si rivela un enigma complesso, che richiede pazienza, dedizione e un'incredibile potenza di calcolo. È proprio questo il caso di un gruppo di scienziati della Rutgers University, negli Stati Uniti, che ha impiegato più di due anni per decifrare i dati raccolti da un esperimento. Un lungo periodo di analisi che, alla fine, ha portato a una scoperta eccezionale: la creazione di un nuovo stato quantistico della materia.
Tutto ha avuto inizio nei laboratori del National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) in Florida, dove il team ha deciso di esplorare un territorio completamente inedito. L'idea era quella di prendere due materiali già di per sé "esotici", noti per le loro proprietà complesse e affascinanti, e vedere cosa sarebbe successo mettendoli a stretto contatto sotto l'influenza di campi magnetici estremamente intensi. I protagonisti di questo esperimento sono il semimetallo di Weyl e lo "spin ice". Il primo è un materiale straordinario, capace di far scorrere l'elettricità quasi senza perdite di energia grazie a quasiparticelle chiamate fermioni di Weyl. Il secondo, lo spin ice, è un materiale altamente magnetico in cui i minuscoli campi magnetici interni si dispongono in modo simile agli atomi di idrogeno nel ghiaccio d'acqua, da cui il nome suggestivo.
Come ha spiegato Tsung-Chi Wu, dottorando coinvolto nello studio, sebbene entrambi i materiali fossero stati studiati a fondo singolarmente, nessuno aveva mai esplorato la loro interazione. Quando i due sono stati combinati, è emerso qualcosa di completamente inaspettato. È nato quello che i ricercatori hanno battezzato "cristallo liquido quantistico". In questo nuovo stato, le proprietà magnetiche dello spin ice hanno iniziato a influenzare pesantemente il comportamento degli elettroni nel semimetallo di Weyl.
Si è verificato un fenomeno raro, noto come "anisotropia elettronica", che in parole semplici significa che il materiale conduce l'elettricità in modo diverso a seconda della direzione. In particolare, il team ha osservato che la conducibilità era minima lungo sei direzioni specifiche. Ancor più sorprendentemente, aumentando l'intensità del campo magnetico, gli elettroni hanno iniziato a fluire nella direzione opposta, un fenomeno chiamato "rottura della simmetria rotazionale" che è spesso un indicatore della nascita di nuovi stati quantistici.
Se pensiamo che la nostra tecnologia si basa sulla comprensione degli stati fondamentali come solido, liquido, gassoso e plasma, l'identificazione di nuovi modi in cui la materia può esistere offre un potenziale enorme per future applicazioni. Come ha concluso lo stesso Wu, questo è solo l'inizio di un percorso che potrebbe portare a esplorare combinazioni ancora più audaci di materiali quantistici.
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