Anyons: nel regno delle quasiparticelle

Dopo decenni di ricerche, i fisici hanno finalmente trovato prove dell’esistenza di una particolare particella chiamata “Anyons”.
Predette per la prima volta dai fisici teorici all’inizio degli anni ’80, queste quasi particelle emergono solo in luoghi limitati a sole due dimensioni, e solo in determinate circostanze, ad esempio a temperature vicine allo zero assoluto o in presenza di campi magnetici estremamente intensi
I fisici sono entusiasti non solo perché la loro scoperta conferma decenni di lavoro teorico, ma anche per ragioni pratiche. Ad esempio: le quasi particelle sono al centro di uno studio da parte di Microsoft volto a costruire un computer quantistico funzionante.
Le ultime ricerche hanno portato a due solide conferme sulle quasi particelle. la prima è arrivato ad aprile, in un articolo apparso su Science, scritto da un gruppo di ricercatori dell’École Normale Supérieure di Parigi. Utilizzando un approccio proposto quattro anni fa, i fisici hanno inviato un gas di elettroni attraverso un minuscolo collisore di particelle per cercare comportamenti strani – specialmente cariche elettriche frazionarie – che si verificano solo in presenza di quasiparticelle. La seconda conferma è arrivata a luglio, quando un gruppo della Purdue University in Indiana ha utilizzato una configurazione sperimentale su un chip inciso che ha schermato le interazioni che potrebbero oscurare il comportamento delle quasi particelle.
Frank Wilczek, fisico del MIT, che ha predetto le quasiparticelle all’inizio degli anno ’80, attribuisce al primo articolo la scoperta, ma afferma che il secondo è importantissimo per le Anyons. “È un lavoro meraviglioso che fa sbocciare il campo”, ha detto Wilczek. Gli Anyons non sono come le normali particelle elementari. Sono quasiparticelle, il che significa che hanno proprietà misurabili come una particella, forse anche una massa, ma sono osservabili solo come risultato del comportamento collettivo di altre particelle convenzionali, un po come il comportamento di gruppo di uno stormo di uccelli.
L’universo noto è formato solo due tipi di particelle elementari.  Il primo tipo di particelle note sono i fermioni e sono una classe di particelle che non possono esistere nello stesso stato quantistico allo stesso tempo. Se queste particelle non avessero questa proprietà, tutta la materia potrebbe semplicemente collassare in un unico punto. Grazie ai fermioni esiste la materia come la conosciamo, che forma ammassi di galassie, galassie, stelle, pianeti ed esseri viventi..
Il resto delle particelle che compongono l’universo sono dette bosoni, un gruppo che include particelle come fotoni (i messaggeri della luce e delle radiazione) e i gluoni (che “incollano” i quark nei nuclei atomici). A differenza dei fermioni, due o più bosoni possono esistere nello stesso stato e nello stesso tempo.
I bosoni tendono a raggrupparsi. È a causa di questo fenomeno che possiamo realizzare i laser, che sono flussi di fotoni che occupano tutti lo stesso stato quantistico.
Gli Anyons non fanno parte di  nessuno di questi due gruppi. Ciò che rende le quasiparticelle particolarmente interessanti per i fisici è che esibiscono qualcosa di analogo alla memoria delle particelle. Se un fermione orbita attorno a un altro fermione, il suo stato quantistico rimane invariato. Lo stesso vale per un bosone.
Se una quasiparticella si muove intorno a un altra, il loro stato quantistico collettivo cambia. Potrebbero essere necessarie tre o anche cinque o più rivoluzioni prima che le quasiparticelle tornino al loro stato originale. Questo leggero spostamento dell’onda agisce come una sorta di ricordo dello spostamento. Questa proprietà rende le quasiparticelle oggetti interessanti per i computer quantistici, che dipendono proprio dagli stati quantistici che sono notoriamente fragili e soggetti a errori. Le quasiparticelle suggeriscono la possibilità di realizzare un modo più robusto per memorizzare i dati.
Wilczek sottolinea che le quasiparticelle rappresentano un intero “regno” contenente molte varietà con comportamenti esotici che potranno essere esplorati e sfruttati in futuro.
Wilczek iniziò a pensarci circa 40 anni fa, durante la scuola di specializzazione, quando si sentì frustrato dalle prove che stabilivano solo l’esistenza di due tipi di particelle. Immaginò qualcos’altro, e quando gli chiesero di spiegare le proprietà di questa nuova categoria di particelle disse che potevano fare tutto, da li nacque il curioso nome affibbiato alle quasiparticelle: “Anyons”
I nuovi studi sono solo l’inizio. Guardando avanti, Wilczek vede le quasiparticelle anyons come uno strumento per trovare stati esotici della materia che, per ora, rimangono idee estremamente selvagge nelle teorie dei fisici.
Fonte: https://www.discovermagazine.com/the-sciences/physicists-prove-anyons-exist-a-third-type-of-particle-in-the-universe