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Ha dimostrato l'esistenza di particelle quantistiche immortali

01.07.2019

Non c'è niente di eterno nel mondo che ci circonda. Persone, pianeti, stelle, galassie e forse l'intero universo hanno una certa "durata della vita". Ma ciò che accade nello strano mondo quantistico spesso non segue le solite regole. E di recente, gli scienziati hanno scoperto che alcuni tipi di quasiparticelle che esistono nei sistemi quantistici in determinate condizioni possono esistere quasi indefinitamente. Ciò non significa che queste quasi-particelle non si decompongano mai, ma vengono immediatamente ripristinate, come un "uccello della fenice dalle ceneri", il che le rende completamente "immortali".

A prima vista, quanto sopra descritto contraddice direttamente la seconda legge della termodinamica, secondo la quale il livello di entropia in un sistema isolato non può che aumentare. In altre parole, gli oggetti inclusi in questo sistema possono solo essere distrutti, ma non formare, combinando con altri, oggetti più grandi e complessi. Tuttavia, il comportamento degli oggetti nei sistemi quantistici non obbedisce quasi mai alla normale legge e le quasiparticelle rilevate ne sono una conferma diretta.

Le quasiparticelle non sono particelle come elettroni o quark nel senso tradizionale. Le quasiparticelle sono una conseguenza del verificarsi di eccitazioni di energia nell'ambiente della loro esistenza, causate da influenze elettriche o magnetiche. Nella maggior parte dei casi, le quasiparticelle sono due o più particelle collegate tra loro, che si comportano come un'unica grande particella.

Le quasi-particelle includono i fononi - formazioni discrete dall'energia di vibrazione degli atomi nel reticolo cristallino, i polaroni, che sono elettroni intrappolati nella nuvola di polarizzazione del reticolo cristallino.

Nella loro ricerca, gli scienziati del Max Planck Institute for Complex Physics e dell'Università tecnica di Monaco si sono concentrati esclusivamente su quasi-particelle di natura ondulatoria, come i fononi, per i quali sono stati sviluppati numerosi metodi numerici, che sono diventati la base della simulazione del supercomputer Software. I calcoli dei modelli matematici hanno mostrato che tutte le particelle decadono realmente, ma alcune di esse riappaiono immediatamente. Il decadimento e l'emergenza di una particella avvengono molto rapidamente e sono fasi di un altro processo oscillatorio che può durare indefinitamente.

E, come hanno sottolineato i fisici, ciò che accade alle quasiparticelle non viola la seconda legge della termodinamica. Poiché le oscillazioni sono funzioni d'onda, durante questo processo c'è una costante trasformazione dell'energia in materia e viceversa, che è "protetta" dal principio del dualismo delle particelle quantistiche. E l'entropia di un sistema quantistico in questo caso non aumenta né diminuisce, ma rimane a un livello costante.

Questa scoperta ha già permesso di trovare spiegazioni per alcune cose strane. Ad esempio, nel mondo esiste un materiale magnetico Ba3CoSb2O9, che è altamente stabile. E sembra che il punto chiave di questa stabilità siano le quasi-particelle magnetiche, i magnon, che riappaiono dopo il loro decadimento. Il secondo esempio è l'elio, che si trasforma in un liquido superfluido a una temperatura prossima allo zero assoluto. Questa caratteristica dell'elio può essere spiegata dal fatto che contiene quasiparticelle potenzialmente "immortali" chiamate rotoni.

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