Ve lo ricordate il gatto di Schrödinger, contemporaneamente vivo e morto? Bene, ora abbiamo qualcosa di ancora più strano da raccontarvi. Gli eccitoni, particelle quantistiche che già di per sé hanno comportamenti bizzarri, hanno appena mostrato proprietà che sfidano ogni categorizzazione nota. È come se avessimo scoperto una nuova specie di particella che non segue le regole che pensavamo fossero universali.
Cosa sono gli eccitoni, spiegato semplice
L’eccitone è un fenomeno fisico che si verifica quando un materiale assorbe energia, tipicamente sotto forma di luce. In termini semplici, è una coppia formata da un elettrone e da una “lacuna” (lo spazio vuoto lasciato dall’elettrone), che rimangono legati tra loro da una forza elettrica. Quando la luce colpisce un materiale semiconduttore o isolante, un elettrone viene spinto fuori dalla sua posizione normale, lasciando dietro di sé uno spazio vuoto. L’elettrone e la lacuna, pur essendo separati, mantengono una sorta di legame, come se fossero uniti da un elastico invisibile. Questa coppia può muoversi attraverso il materiale trasportando energia.
Gli eccitoni sono degli stati temporanei: prima o poi l’elettrone tornerà nella sua posizione originale, ricongiungendosi con la lacuna. Quando questo accade, viene rilasciata energia sotto forma di luce. Questo processo è fondamentale per il funzionamento di molte tecnologie moderne, dai LED alle celle solari, dove la gestione degli eccitoni è cruciale per l’efficienza dei dispositivi.
La scoperta che sfida le regole
Il team della Brown University ha fatto qualcosa di davvero ingegnoso. I ricercatori hanno creato una struttura utilizzando due strati di grafene (il terribile, tanto vituperato grafene, un materiale bidimensionale spesso quanto un atomo) separati da un cristallo isolante di nitruro di boro esagonale.
La cosa più eccitante è che questa scoperta apre le porte a una nuova frontiera per la ricerca futura, approfondendo la nostra comprensione della fisica fondamentale e aprendo nuove possibilità nel campo della computazione quantistica
Jia Li, professore associato di fisica alla Brown University.
Eccitoni, un “comportamento quantistico” da ribelle
Gli eccitoni osservati dal team si sono rivelati dei veri e propri ribelli del mondo quantistico. In genere, le particelle si dividono in due categorie principali: i bosoni, che amano stare insieme nello stesso stato quantistico, e i fermioni, che preferiscono mantenere le distanze. Ma questi nuovi eccitoni frazionari sembrano non voler rispettare queste regole, comportandosi un po’ come gli uni e un po’ come gli altri.
Secondo Naiyuan Zhang, autore principale dello studio pubblicato su Nature (che vi linko qui), questa scoperta potrebbe avere implicazioni rivoluzionarie per il futuro del computing quantistico. Gli eccitoni frazionari potrebbero essere utilizzati per memorizzare e manipolare informazioni in modi completamente nuovi, aumentando drasticamente la velocità e l’affidabilità dei computer quantistici.
Una nuova frontiera da esplorare
D. E. Feldman, co-autore dello studio, ha espresso il suo entusiasmo in modo molto vivido:
È come se avessimo il dito proprio sulla manopola della meccanica quantistica. È un aspetto della meccanica quantistica che non conoscevamo o, almeno, non avevamo apprezzato prima d’ora.
Il team sta già pianificando nuovi studi per comprendere meglio come questi particolari eccitoni interagiscono tra loro e come possiamo controllarli in modo efficace. Che dire: notizia… eccitante (sopportatemi).
