I Vichinghi erano probabilmente più evoluti di quanto non ci si aspetti e i loro simboli lo dimostrano. Anche scientificamente. I ricercatori dell’Aalto University, hanno mostrato come tre vortici possono essere collegati in modo da impedire loro di essere smantellati. La struttura dei collegamenti ricorda un modello utilizzato dai Vichinghi e da altre culture antiche. Un recente studio si è concentrato sui vortici in una forma speciale di materia nota come condensato di Bose-Einstein. I risultati hanno implicazioni per il calcolo quantistico, la fisica delle particelle e altri campi.
Lo studio
Il ricercatore post-dottorato Toni Annala utilizza stringhe e vortici d’acqua per spiegare il fenomeno: “Se crei una struttura di collegamento con tre stringhe ininterrotte in un cerchio, non puoi sbrogliarla perché la stringa non può passare attraverso un’altra stringa. Se invece la stessa struttura circolare è realizzata in acqua, i vortici d’acqua possono scontrarsi e fondersi se non sono protetti”. “In un condensato di Bose-Einstein, la struttura di collegamento è da qualche parte tra i due“, precisa Annala, che ha iniziato a lavorare su questo nel gruppo di ricerca del professor Mikko Möttönen alla Aalto University prima di tornare alla University of British Columbia e poi all’Institute for Studio avanzato a Princeton. Nello studio è stato coinvolto anche Roberto Zamora-Zamora, ricercatore post dottorato nel gruppo di Möttönen.
I ricercatori hanno dimostrato matematicamente l’esistenza di una struttura di vortici collegati. Proprio quelli usati come simboli da antichi popoli. Questi non possono rompersi a causa delle loro proprietà fondamentali. “L’elemento nuovo qui è che siamo stati in grado di costruire matematicamente tre diversi vortici di flusso che erano collegati ma non potevano attraversarsi l’un l’altro senza conseguenze topologiche. Se i vortici si compenetrano, all’intersezione si forma una corda che lega insieme i vortici e consuma energia. Ciò significa che la struttura non può rompersi facilmente“, afferma Möttönen.
Dai simboli Vichinghi ai filamenti cosmici
La struttura è concettualmente simile agli anelli borromei. Si tratta di un modello di tre cerchi interconnessi, molto utilizzato tra i simboli antichi e come stemma. E’ stato ad esempio uno dei simboli vichinghi associato a Odino, con tre triangoli intrecciati in modo simile. Se uno dei cerchi o dei triangoli viene rimosso, l’intero motivo si dissolve perché i due rimanenti non sono collegati direttamente. Ogni elemento collega così i suoi due partner, stabilizzando la struttura nel suo insieme.
L’analisi matematica di questa ricerca mostra come potrebbero esistere strutture altrettanto robuste tra vortici annodati o collegati. Tali strutture potrebbero essere osservate in alcuni tipi di cristalli liquidi o sistemi di materia condensata. Potrebbero inoltre influenzare il comportamento e lo sviluppo di tali sistemi.
“Con nostra sorpresa, questi collegamenti e nodi topologicamente protetti non erano stati inventati prima. Ciò è probabilmente dovuto al fatto che la struttura di collegamento richiede vortici con tre diversi tipi di flusso, il che è molto più complesso rispetto ai sistemi a due vortici considerati in precedenza“, afferma Möttönen.
Queste scoperte potrebbero un giorno aiutare a rendere il calcolo quantistico più accurato. Nel calcolo quantistico topologico, le operazioni logiche verrebbero eseguite intrecciando diversi tipi di vortici l’uno attorno all’altro in vari modi. “Nei liquidi normali, i nodi si dissolvono, ma nei campi quantistici possono esserci nodi con protezione topologica, come stiamo scoprendo adesso“, dice Möttönen. Annala aggiunge che “lo stesso modello teorico può essere usato per descrivere strutture in molti sistemi diversi, come le stringhe cosmiche in cosmologia“. Le strutture topologiche utilizzate nello studio corrispondono anche alle strutture del vuoto nella teoria quantistica dei campi. I risultati potrebbero quindi avere implicazioni anche per la fisica delle particelle.
I prossimi passi
I ricercatori vogliono ora dimostrare teoricamente l’esistenza di un nodo in un condensato di Bose-Einstein. Questo sarebbe topologicamente protetto contro la dissoluzione in uno scenario fattibile sperimentalmente. “L’esistenza di nodi topologicamente protetti è una delle questioni fondamentali della natura. Dopo una dimostrazione matematica, possiamo passare alle simulazioni e alla ricerca sperimentale“, afferma Möttönen.
