“Abbiamo trasformato la luce in un solido. È fantastico.” Le parole di Dimitris Trypogeorgos sono la sintesi di un esperimento straordinario appena pubblicato su Nature. Un supersolido di luce. Un materiale quantistico che sfida ogni categoria conosciuta, comportandosi simultaneamente come un cristallo solido e un fluido senza viscosità. Fino a ieri, potevamo solo immaginare tali stati esotici della materia usando atomi ultrafreddi.
Oggi, grazie a un team di fisici del Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano, la luce stessa è stata trasformata in questo stato paradossale, aprendo le porte a un nuovo capitolo della fisica fondamentale e, forse, a tecnologie che ancora non riusciamo nemmeno a immaginare.
Quando l’impossibile diventa sperimentale
Non è la prima volta che la luce ci sorprende. Dal 2009, quando Daniele Sanvitto, anch’egli ricercatore del CNR, dimostrò che la luce poteva comportarsi come un fluido, sapevamo che questo elemento apparentemente semplice nascondeva proprietà straordinarie. Ma fare il passo successivo, trasformare la luce in un supersolido, sembrava un’impresa ai limiti dell’impossibile.
Eppure, attraverso un complesso setup sperimentale che combina laser e semiconduttori di arseniuro di gallio e alluminio, i ricercatori italiani ce l’hanno fatta. Non hanno solamente manipolato la luce, l’hanno fondamentalmente trasformata in qualcosa che sfida ogni categorizzazione classica. Mi chiedo quante altre sorprese ci riserverà ancora questo fascio di fotoni che diamo per scontato ogni giorno.
Siamo davvero all’inizio di qualcosa di nuovo.
Cos’è un supersolido e perché dovrebbe entusiasmarci
Cos’è esattamente un supersolido? Immaginate di prendere un cubetto di ghiaccio che, mentre mantiene perfettamente la sua forma cubica, possa anche passare attraverso un setaccio senza sforzo, come se fosse acqua. Sembra assurdo, eppure è esattamente ciò che accade in questi stati esotici della materia: struttura cristallina rigida e flusso senza attrito coesistono nello stesso materiale.
Fino ad ora, i fisici erano riusciti a creare supersolidi solo raffreddando atomi a temperature vicinissime allo zero assoluto (-273,15 gradi Celsius), dove gli effetti quantistici dominano. La grande novità è che ora possiamo ottenerli manipolando la luce a temperature molto più alte, grazie all’interazione con materiali semiconduttori appositamente strutturati. Ciò significa poter studiare questi fenomeni quantistici in condizioni molto più accessibili.
Il metodo italiano per domare la luce
L’esperimento non è stato affatto semplice. I ricercatori hanno dovuto progettare con precisione micrometrica delle “creste” sul semiconduttore, creando un pattern che confinasse le particelle ibride generate dall’interazione tra luce e materia (i cosiddetti “polaritoni“). Questo confinamento ha forzato i polaritoni ad arrangiarsi in una struttura cristallina pur mantenendo la fluidità tipica dei sistemi quantistici.
Sanvitto sottolinea quante sfide hanno dovuto superare per dimostrare di aver effettivamente creato un supersolido di luce. Non esistevano precedenti, nessun protocollo sperimentale da seguire. Hanno dovuto misurate diverse proprietà simultaneamente per provare che il loro materiale fosse davvero sia solido che fluido senza viscosità.
Un futuro supersolido ancora da scrivere
Secondo Alberto Bramati della Sorbonne University, questo esperimento rappresenta solo il primo passo. Ci sono ancora innumerevoli misurazioni da fare per comprendere appieno le proprietà di questo supersolido di luce, ma le possibilità sono entusiasmanti.
Trypogeorgos suggerisce che questi supersolidi fotónici potrebbero essere più facili da manipolare rispetto a quelli atomici, aprendo nuove strade per lo studio di stati esotici della materia finora inaccessibili. Forse un giorno questa ricerca apparentemente astratta porterà a tecnologie rivoluzionarie, esattamente come accaduto con altri fenomeni quantistici che oggi alimentano computer, laser e dispositivi medici.
Siamo davvero solo all’inizio di un nuovo capitolo della fisica. E, come spesso accade, tutto inizia con un fascio di luce.
