Facendo brillare un forte raggio di luce attraverso due composti chimici, gli scienziati hanno scoperto un nuovo stato unico della materia fatto di particelle chiamate eccitoni.
I fisici hanno scoperto un nuovo stato esotico della materia che assume la forma di un cristallo altamente ordinato di particelle subatomiche. Il nuovo stato della materia, chiamato “isolante correlato bosonico“, potrebbe portare alla scoperta di molti nuovi tipi di materiali esotici fatti di materia condensata, secondo i ricercatori, che hanno dettagliato i loro risultati in uno studio pubblicato sulla rivista Science.
Fermioni e bosoni
Le particelle subatomiche possono essere separate in due categorie: fermioni e bosoni. Le differenze principali tra i due sono il modo in cui ruotano e il modo in cui interagiscono tra loro.
I fermioni, come elettroni e protoni, sono spesso considerati i mattoni della materia perché costituiscono gli atomi e sono caratterizzati dal loro spin semiintero. Due fermioni identici non possono occupare contemporaneamente lo stesso spazio.
I bosoni, d’altra parte, trasportano forza – come fotoni o pacchetti di luce – e si pensa che siano il collante dell’universo, legando insieme le forze fondamentali della natura. Queste particelle hanno spin interi e più bosoni possono trovarsi nello stesso posto contemporaneamente.
“I bosoni possono occupare lo stesso livello di energia; ai fermioni non piace stare insieme”, ha dichiarato l’autore principale dello studio Chenhao Jin, fisico presso l’Università della California, a Santa Barbara. “Insieme, queste particelle costruiscono l’universo come lo conosciamo”, ha aggiunto.
Ma c’è un caso in cui due fermioni possono diventare un bosone: se un elettrone caricato negativamente è fissato a un “buco” caricato positivamente in un diverso fermione, forma una particella bosonica nota come “eccitone”.
Per vedere come gli eccitoni interagiscono tra loro, i ricercatori hanno stratificato un reticolo di disolfuro di tungsteno sopra un reticolo simile di diseleniuro di tungsteno in uno schema sovrapposto chiamato moiré. Quindi, hanno fatto brillare un forte raggio di luce attraverso i reticoli, un metodo noto come “spettroscopia con sonda a pompa”. Queste condizioni hanno unito gli eccitoni fino a quando non sono stati così densamente imballati da non poter più muoversi, creando un nuovo stato cristallino simmetrico con una carica neutra, un isolante correlato bosonico.
“Convenzionalmente, gli scienziati hanno speso la maggior parte dei loro sforzi per capire cosa succede quando si mettono insieme molti fermioni”, ha detto Jin. “La spinta principale del nostro lavoro è che abbiamo sostanzialmente creato un nuovo materiale dall’interazione dei bosoni”.
I ricercatori hanno affermato che questa è la prima volta che questo nuovo stato della materia è stato creato in un sistema “reale”, al contrario dei sistemi sintetici, fornendo così una nuova visione del comportamento dei bosoni. Inoltre, i metodi utilizzati dal team per scoprire questo nuovo stato della materia potrebbero aiutare gli scienziati a creare ulteriori nuovi tipi di materiali bosonici.
“Sappiamo che alcuni materiali hanno proprietà molto bizzarre”, ha affermato Jin. “E uno degli obiettivi della fisica della materia condensata è capire perché hanno queste ricche proprietà e trovare i modi per far emergere questi comportamenti in modo più affidabile”, ha concluso.
Fonte: Science
