Un team di fisici a Barcellona ha creato goccioline liquide 100 milioni di volte più sottili dell'acqua che si tengono insieme usando strane leggi quantistiche.
In un articolo pubblicato il 14 dicembre sulla rivista Science, i ricercatori hanno rivelato che queste bizzarre goccioline sono emerse nello strano mondo microscopico di un reticolo laser - una struttura ottica utilizzata per manipolare oggetti quantistici - in un laboratorio presso l'Institut de Ciències Fotòniques spagnolo, o Institute of Photonic Sciences (ICFO). Ed erano veri liquidi: sostanze che mantengono il loro volume indipendentemente dalla temperatura esterna e formano goccioline in piccole quantità. Questo è al contrario dei gas, che si diffondono per riempire i loro contenitori. Ma erano molto meno densi di qualsiasi liquido esistente in circostanze normali e mantenevano il loro stato liquido attraverso un processo noto come fluttuazione quantistica.
I ricercatori hanno raffreddato un gas di atomi di potassio raffreddato a meno 459,67 gradi Fahrenheit (meno 273,15 gradi Celsius), vicino allo zero assoluto. A quella temperatura, gli atomi formavano un condensato di Bose-Einstein. Questo è uno stato della materia in cui gli atomi freddi si raggruppano e iniziano a sovrapporsi fisicamente. Questi condensati sono interessanti perché le loro interazioni sono dominate da leggi quantistiche, piuttosto che dalle interazioni classiche che possono spiegare il comportamento della maggior parte dei grandi blocchi di materia.
Quando i ricercatori hanno unito due di questi condensati, hanno formato delle goccioline, legandosi insieme per riempire un volume definito. Ma a differenza della maggior parte dei liquidi, che tengono insieme le loro forme di goccioline attraverso le interazioni elettromagnetiche tra le molecole, queste goccioline hanno mantenuto le loro forme attraverso un processo noto come "fluttuazione quantistica".
La fluttuazione quantistica emerge dal principio di incertezza di Heisenberg, secondo il quale le particelle sono fondamentalmente probabilistiche: non mantengono un livello di energia o un posto nello spazio, ma piuttosto vengono diffuse su diversi possibili livelli e posizioni di energia. Quelle particelle "imbrattate" agiscono un po 'come se stessero saltando in giro per le loro possibili posizioni ed energie, esercitando una pressione sui loro vicini. Aggiungi tutte le pressioni di tutte le particelle che si fondono e scoprirai che tendono ad attirarsi a vicenda più di quanto si respingano. Quell'attrazione li lega insieme in goccioline.
Queste nuove goccioline sono uniche in quanto la fluttuazione quantistica è l'effetto dominante che le mantiene allo stato liquido. Altri "fluidi quantistici" come l'elio liquido dimostrano questo effetto, ma coinvolgono anche forze molto più potenti che li legano molto più strettamente insieme.
Le goccioline di condensa di potassio, tuttavia, non sono dominate da quelle altre forze e hanno particelle che interagiscono debolmente, e quindi si diffondono in spazi molto più ampi, anche se mantengono la loro forma di goccioline. Rispetto a goccioline di elio simili, scrivono gli autori, questo liquido ha due ordini di grandezza più grandi e otto ordini di grandezza più diluiti. Questo è un grosso problema per gli sperimentatori, scrivono i ricercatori; le goccioline di potassio potrebbero rivelarsi un modello quantistico di liquidi molto migliore per esperimenti futuri rispetto all'elio.
Le goccioline quantistiche hanno i loro limiti però. Se hanno troppo pochi atomi coinvolti, collassano, evaporando nello spazio circostante.
