Decadimento e rinascita di particelle quantistiche

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Sembra che uno strano gruppo di particelle quantistiche siano fondamentalmente immortali. Un forte legame quantistico impedisce il decadimento delle particelle. “Fino ad ora, l’ipotesi era che le quasi particelle nei sistemi quantistici interagenti si deteriorassero dopo un certo periodo“, ha detto il fisico Frank Pollman dell’Università tecnica di Monaco. “Ora sappiamo che è vero il contrario: le interazioni forti possono addirittura interrompere completamente la decadenza“.

Le quasiparticelle non sono particelle nel modo in cui normalmente le pensiamo, come gli elettroni ed i quark. Piuttosto, sono i disturbi o le eccitazioni in un solido causato da forze elettriche o magnetiche che, collettivamente, si comportano come particelle.

I fononi, le unità discrete di energia vibratoria che descrive un quanto di vibrazione in un reticolo cristallino rigido, sono spesso classificati come quasiparticelle, come i polaroni, elettroni intrappolati in un reticolo circondato da una nuvola di polarizzazione.

I ricercatori coinvolti in questo ultimo studio hanno sviluppato metodi numerici per calcolare le interazioni complesse di queste quasiparticelle e hanno eseguito simulazioni su un potente computer per osservare come decadono.

Secondo gli studi effettuati attraverso le simulazioni elaborate, le quasiparticelle decadono, tuttavia nuove entità identiche emergono dai detriti“, ha detto il fisico Ruben Verresen dell’Università tecnica di Monaco e l’Istituto Max Planck per la fisica dei sistemi complessi.

Se questo decadimento procede molto rapidamente, dopo un certo tempo si verificherà una reazione inversa e i detriti convergeranno nuovamente. Questo processo può ripresentarsi all’infinito e emerge un’oscillazione sostenuta tra decadimento e rinascita.”

E questo, sottolineano i fisici, non viola la seconda legge della termodinamica. Questo perché l’oscillazione è un’onda che si trasforma in materia, che è coperta dal concetto di meccanica quantistica della dualità onda-particella.

La loro entropia non sta diminuendo, ma rimane costante e questo è ancora piuttosto strano.

In realtà, la scoperta ha risolto un paio di altri problemi. Ad esempio, c’è un composto magnetico Ba 3 CoSb 2 O 9  che viene utilizzato in esperimenti che in precedenza erano risultati essere inaspettatamente stabili. Ora sembra che la chiave di questi risultati inattesi potrebbero essere proprio le quasiparticelle magnetiche che questo composto contiene, chiamate magnoni. Secondo la simulazione, si riorganizzano dopo il decadimento.

Un altro esempio è l’elio: alla temperatura dello zero assoluto diventa un superfluido privo di resistenza e questa proprietà peculiare potrebbe essere spiegata dal fatto che questo gas è pieno di quasiparticelle chiamate rotoni.

Al momento, si tratta di un lavoro svolto esclusivamente nel regno teorico, ma i ricercatori ritengono che questa immortalità delle quasiparticelle, le dota di un forte potenziale di memorizzazione duratura dei dati nei sistemi di calcolo quantistico.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Physics.

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