Nobel Fisica, le metamorfosi della materia: dal disordine il segreto dei nuovi materiali

MeteoWeb

I vincitori del Nobel per la Fisica 2016 sono David Thouless, Michael Kosterlitz e Duncan Haldane, che hanno esplorato un mondo sconosciuto fino a una quarantina di anni fa, nel quale e’ possibile incontrare stati della materia piu’ bizzarri e inconsueti, profondamente diversi da quelli che ci sono piu’ familiari, come quelli tipici di gas, liquidi e solidi. Le ricerche di questi pionieri dell’esplorazione della materia hanno dimostrato che ci sono casi in cui le leggi della fisica classica non valgono piu’, aprendo la strada alla ricerca di nuovi stati insoliti della materia e alla messa a punto di nuovi materiali. Il vapore acqueo, la pioggia o un cubetto di ghiaccio, per esempio, si comportano secondo le regole previste dalla fisica classica.

Ma le cose cambiano quando la materia si avvicina a temperature molto basse, prossime allo zero assoluto, ossia a meno 273 gradi. In condizioni estreme come queste la materia comincia a comportarsi in modo nuovo e le regole alle quali obbedisce sono quelle bizzarre della fisica quantistica, che governano il mondo dell’infinitamente piccolo. Probabilmente il piu’ noto di questo stati inusuali della materia e’ la superconduttivita’, ossia l’estrema facilita’ con cui alcuni materiali vengono attraversati dalla corrente elettrica senza opporre resistenza. Altrettanto insolita e’ la superfluidita’, ossia la proprieta’ che hanno alcuni fluidi di non essere affatto viscosi.

Thouless, Kosterlitz e Haldane hanno utilizzato la topologia, cioè la branca della matematica che descrive le proprieta’ delle forme che vengono conservate quando i cambiamenti avvengono in modo progressivo e con continuita’. Thouless e Kosterlitz hanno applicato questi concetti per studiare il “mondo piatto” dei materiali a due dimensioni. Questo nuovo punto di vista sul comportamento della materia ha aperto la strada a nuovi campi di ricerca e, di questi, uno dei piu’ promettenti, e’ la fisica della materia condensata. Questa e’ la fisica che studia stati della materia piu’ familiari, come quello solido e liquido, accanto a quelli piu’ insoliti, come la superfluidita’ e la superconduttivita’, o ancora il modo in cui la materia si comporta a temperature vicine allo zero assoluto, nello stato chiamato ‘condensato di Bose-Einstein, ipotizzato nel 1925 da Albert Einstein in base alle ricerche del fisico teorico indiano Satyendra Nath Bose.