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martedì, Aprile 23, 2024

Attrazione (fatale) dalla repulsione

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I fisici sono fatalmente sfidati da risultati sperimentali inattesi. Tali sfide possono anche rimanere irrisolte per anni. Nel mondo della fisica della materia, per esempio, una spiegazione compiuta e universalmente accettata per il fenomeno della superconduttività ad alta temperatura, scoperta dei premi Nobel Bednorz e Müller nel 1986, ancora manca. In un conduttore metallico gli elettroni carichi negativamente trasportano se opportunamente sospinti da una batteria la corrente elettrica. La batteria è necessaria per vincere la resistenza elettrica. In un superconduttore l’abbassamento della temperatura fino a pochi gradi al disopra dello zero assoluto provoca l’azzeramento della resistenza. Ma nel 1986 si scoprì che questo fenomeno poteva essere provocato anche a temperature molto maggiori e quindi su dispositivi estremamente meno dispendiosi. Questi materiali – i superconduttori ad alta Tc – però non seguono le regole note, per esempio sono isolanti o cattivi conduttori ad alte temperature.

I fisici teorici della materia, inseguendo gli esperimenti, cercano di formulare modelli matematici che possano spiegare questi fenomeni. Alcuni anni fa, in una collaborazione con fra ricercatori di UnivAQ, TU Wien, MPI Stoccarda, l’Università di Würzburg, si era chiarito che c’era un limite fra il comportamento “normale” degli elettroni in un metallo e uno in cui gli effetti insoliti giocano un ruolo importante. Questo limite è il luogo di alcune singolarità matematiche. Avvicinandosi a questo limite ed oltrepassandolo accade qualcosa di sorprendente: la repulsione normale fra gli elettroni carichi negativamente viene improvvisamente contrastata da una forza attrattiva che emerge proprio come effetto cumulativo della presenza di moltissimi elettroni fortemente interagenti fra loro. Questo può dar luogo ad effetti abbastanza controintuitivi in un insieme di particelle che dovrebbero respingersi. Per esempio, in maniera simile al modo in cui le molecole d’acqua si combinano per formare goccioline, gli elettroni possono quindi aggregarsi in nanogoccioline. Questo potrebbe avvicinarci alla soluzione del mistero dei superconduttori ad alta Tc.

I risultati, che sono stati ottenuti in una cooperazione internazionale tra UnivAQ, TU Wien, l’Università di Würzburg, e la Georgetown University di Washington D.C., sono stati ora pubblicati recentemente sulla rivista “Physical Review Letters”.

Sergio Ciuchi – Professore associato Dipartimento di Scienze fisiche e chimiche

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