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I fisici della Monash University, in Australia, hanno descritto su Physical Review Letters un tipo di materia quantistica che nessuno aveva ancora messo sulla carta: una “gocciolina” in cui bosoni e fermioni restano legati insieme in maniera stabile. Il lavoro è teorico e non porta osservazioni di laboratorio, ma insieme alla formulazione matematica, che il gruppo chiama ansatz, propone anche il percorso sperimentale per andare a cercare le goccioline. Se la verifica strumentale dovesse dare esito positivo, le proprietà calcolate per questo stato servirebbero ai sensori di altissima precisione e ai computer quantistici di prossima generazione.
Tutte le particelle si dividono di norma in due famiglie, e a separarle è il numero di spin quantistico: i fermioni, come i protoni e gli elettroni, sono i mattoni di cui la materia è fatta. I bosoni, a partire dal fotone, sono invece i portatori delle forze, quelli che trasmettono l’interazione da un fermione all’altro. Nella gocciolina descritta dal gruppo australiano le due famiglie convivono nello stesso oggetto legato.
La gocciolina Bose-Fermi resta unita grazie all’equilibrio fra due spinte opposte: l’attrazione che le particelle esercitano l’una sull’altra e la pressione generata dai fermioni. Sam Foster, dottorando alla Monash, ha dichiarato che i due tipi di particelle “possono bilanciarsi perfettamente a vicenda e creare una gocciolina stabile che di fatto si tiene insieme da sola”. I sistemi quantistici, ha aggiunto, “possono comportarsi in modi che nel mondo di tutti i giorni sembrano impossibili”.
Le teorie precedenti su sistemi analoghi, dice Foster, davano quasi sempre per scontato che le particelle potessero interagire soltanto in modo molto debole. I conti del gruppo mostrano invece che si può lavorare anche fuori da quel limite, e che in quelle condizioni il sistema regge molto meglio del previsto. Gli autori descrivono la proposta come “ben dentro la portata degli esperimenti attuali”, perché il lavoro recente sulle particelle ultrafredde ha già prodotto le configurazioni sperimentali necessarie a fabbricare goccioline di questo tipo.
I calcoli indicano inoltre che qualcosa di simile potrebbe comparire nei sistemi in cui luce e materia sono fortemente accoppiate, e il gruppo si attende che l’esplorazione di questi stati porti informazioni nuove sulle fasi quantistiche in generale.