Nobel per la Fisica a David Thouless, Michael Kosterlitz e Duncan Haldane, che hanno sfidato le leggi della fisica classica

Nobel per la Fisica a David Thouless, Michael Kosterlitz e Duncan Haldane, che hanno sfidato le leggi della fisica classica

Quello esplorato dai vincitori del Nobel per la Fisica 2016, David Thouless, Michael Kosterlitz e Duncan Haldane, è un mondo sconosciuto fino a una quarantina di anni fa, nel quale è possibile incontrare stati della materia più bizzarri e inconsueti, profondamente diversi da quelli che ci sono più 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 più, 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 drasticamente 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 più noto di questo stati inusuali della materia è la superconduttività, ossia l’estrema facilità con cui alcuni materiali vengono attraversati dalla corrente elettrica senza opporre resistenza. Altrettanto insolita è la superfluidità, ossia la proprietà che hanno alcuni fluidi di non essere affatto viscosi.

Studiare questi fenomeni è stato possibile solo servendosi della matematica. Thouless, Kosterlitz e Haldane hanno utilizzato in particolare la topologia, ossia la branca della matematica che descrive le proprietà delle forme che vengono conservate quando i cambiamenti avvengono in modo progressivo e con continuità. 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 più promettenti, è la fisica della materia condensata. Questa è la fisica che studia stati della materia più familiari, come quello solido e liquido, accanto a quelli più insoliti, come la superfluidità e la superconduttività, 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.

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