Uno studio internazionale pubblicato su ‘Nature Communications’ – coordinato dall’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino) di Sesto Fiorentino presso il Lens e a cui hanno partecipato anche le Universita’ di Firenze, di Bologna e di Trieste, la Warsaw University of Technology e l’Universita’ tedesca di Augusta – ha studiato la dinamica dei vortici in superfluidi fortemente interagenti, individuandone i meccanismi fondamentali. I “vortici” indagati sono piccoli mulinelli di fluido che ruotano attorno a un asse, all’interno di un gas di atomi di litio raffreddato a temperature estremamente basse, appena 10 miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. In queste condizioni, la materia entra in uno stato chiamato superfluido, in cui la viscosità scompare e il fluido scorre senza attrito. Il comportamento superfluido degli atomi ultrafreddi e’ analogo a quello dei superconduttori, dove la corrente elettrica puo’ circolare senza resistenza, permettendo il trasporto di corrente senza perdita di energia. In entrambi i sistemi, la dinamica dei vortici ha un ruolo fondamentale, poiche’ puo’ aprire un canale per la dissipazione dell’energia.
Spiega Giacomo Roati, dirigente di ricerca Cnr-Ino presso il Lens e responsabile del gruppo di ricerca: “L’utilizzo di gas atomici ultrafreddi ci ha permesso di studiare questo fenomeno in modo estremamente controllato, all’interno di vere e proprie ‘simulazioni quantistiche’. La dinamica dei vortici nel caso studiato condivide similitudini con quella nei superconduttori ad alta temperatura, un campo ancora oggetto di studio. Comprendere il loro moto e’ essenziale per valutare gli effetti dissipativi e per progettare dispositivi quantistici ad alta efficienza, nei quali tali effetti possano essere minimizzati in modo mirato, aprendo la strada a tecnologie quantistiche all’avanguardia”. “Sia nei superfluidi sia nei superconduttori la dinamica dei vortici e’ determinata da forze interne al sistema: capire come si muovono e’ fondamentale per comprendere i limiti con cui questi possono trasportare correnti senza viscosita’ e resistenza, oltre che per accedere a una conoscenza piu’ profonda dei meccanismi che regolano il comportamento quantistico della materia”, aggiunge Nicola Grani, dottore di ricerca in Fisica e Astronomia all’Universita’ di Firenze. Nel lavoro viene studiata, per la prima volta, la dinamica di un singolo vortice in un superfluido, riuscendo cosi’ a determinarne il comportamento in modo semplice e diretto: “I risultati mostrano che il moto dei vortici, nel regime studiato, e’ influenzato dalla presenza di particelle che popolano il nucleo del vortice – rileva Diego Hernandez -Rajkov, ricercatore del Cnr-Ino presso il Lens – questo studio rappresenta anche la prima evidenza, seppur indiretta, di tali particelle in questo regime. Analizzando la dinamica del vortice, siamo dunque riusciti a ricostruire i fenomeni microscopici che ne regolano la dinamica e la sua struttura interna”.
