Nel 1951, il fisico Julian Schwinger propose una delle idee più audaci e controintuitive della fisica teorica: in presenza di un campo elettrico abbastanza intenso, anche il vuoto può diventare fertile. Non metaforicamente: secondo la sua teoria, il vuoto quantistico potrebbe spontaneamente far emergere coppie di elettroni e positroni dal nulla, grazie a un processo noto come tunneling quantistico.
Un’idea affascinante, sì — ma anche impraticabile. I campi elettrici richiesti sarebbero così giganteschi da rendere irrealizzabile ogni tentativo sperimentale diretto. Il cosiddetto effetto Schwinger è quindi rimasto, fino ad oggi, un’affascinante suggestione teorica.
Ma ora qualcosa è cambiato. E la chiave è… l’elio liquido.
L’elio superfluido: un laboratorio quantistico in scala ridotta
Un gruppo di ricercatori dell’Università della British Columbia (UBC) ha annunciato un risultato sorprendente: usando un sottilissimo film di elio-4 superfluido, sono riusciti a creare un sistema fisico che si comporta come un’analogia gestibile dell’effetto Schwinger.
Invece del vuoto, c’è l’elio superfluido.
Invece del campo elettrico, c’è il flusso senza attrito del liquido quantistico.
Invece di elettroni e positroni, compaiono spontaneamente coppie di vortici e antivortici.
“Superfluid Helium-4 is a wonder,” commenta il fisico teorico Philip Stamp, coautore dello studio. “A pochi strati atomici di spessore, si comporta come un vuoto privo di attrito. Facendolo fluire, vediamo emergere vortici quantistici in coppia, che ruotano in direzioni opposte.”
Lo studio, pubblicato il 1° settembre 2025 su PNAS, ha messo a punto una dettagliata struttura teorica e matematica per comprendere (e riprodurre) questo effetto in laboratorio.
Una finestra sperimentale sull’inaccessibile
Il paragone con il vuoto cosmico, i buchi neri quantistici o le fluttuazioni primordiali dell’universo non è solo poetico. Stamp sottolinea che questi fenomeni — da sempre fuori portata per la sperimentazione diretta — possono trovare un’analogia elegante e concreta proprio in questi film sottili di elio-4.
“Crediamo che l’elio superfluido fornisca un analogon utile per comprendere il comportamento del vuoto nello spazio profondo e in situazioni cosmiche estreme,” dice Stamp. “E a differenza di quegli scenari, qui possiamo fare esperimenti veri.”
Non solo analogie: una rivoluzione nei vortici e nella materia quantistica
Lo studio, però, va ben oltre la semplice analogia. I ricercatori si sono spinti ad analizzare il comportamento dinamico della massa dei vortici, un parametro che finora era considerato costante e poco interessante. La loro analisi mostra invece che la massa cambia drasticamente a seconda del moto del vortice.
Una scoperta che obbliga a ripensare tutto: dai vortici nei fluidi quantistici alle prime fasi dell’universo. E — in un colpo di scena quasi da fantascienza — questo effetto potrebbe valere anche per le coppie elettrone-positrone nel contesto originale dell’effetto Schwinger, modificandolo in profondità.
“È una specie di vendetta dell’analogo,” scherza Stamp. “Stiamo usando un sistema semplificato per riscrivere la teoria originale.”
Il collega Michael Desrochers, coautore dello studio, aggiunge:
“Capire come varia la massa e come ciò impatta i fenomeni di tunneling quantistico è entusiasmante. Questi effetti sono ovunque: dalla fisica alla chimica, fino alla biologia.”
Una nuova frontiera della fisica sperimentale
Questo studio mostra come i superfluidi, spesso relegati alla nicchia della fisica della materia condensata, possano diventare strumenti potenti per esplorare concetti fondamentali della realtà, dalla struttura del vuoto alle transizioni di fase nei sistemi bidimensionali.
Non è la fantascienza di Star Trek, e no, non potremo creare materia dal nulla o teletrasportarci con un replicatore quantistico. Ma forse è ancora più interessante così: stiamo costruendo, con pazienza, un ponte tra ciò che possiamo toccare e ciò che sembrava eterno mistero.
Riferimento: “Vacuum tunneling of vortices in two-dimensional 4He superfluid films”
di M. J. Desrochers, D. J. J. Marchand e P. C. E. Stamp,
PNAS – 1 settembre 2025
DOI: 10.1073/pnas.2421273122
