Se hai letto questo titolo, probabilmente sarai rimasto abbastanza perplesso. Questo succede quando ci si addentra nei meandri della fisica, come hanno fatto quelli del MIT. Recentemente hanno voluto sperimentare la reazione del calore su alcuni stati della materia. E hanno scoperto qualcosa di davvero ingegnoso.
In questo superfluido hanno visto letteralmente il calore comportarsi come un’onda, e scivolare da un estremo all’altro come se fosse più un’onda sonora e una termica. Da qui il termine “secondo suono” (second sound). Ma vediamo meglio di cosa si tratta.
Il calore si comporta come un’onda
Facciamo intanto una piccola lezione di fisica. Nella maggior parte dei materiali, il calore preferisce disperdersi. Tende infatti a svanire gradualmente mentre riscalda l’ambiente circostante. Ma in rari stati della materia, il calore può comportarsi come un’onda, muovendosi avanti e indietro. Un po’ come un’onda sonora, appunto un “secondo suono”.
Ma perché si parla di “secondo suono”? Il termine viene da una ricerca condotta nel 1938 dal fisico László Tisza, che propose un modello a due fluidi per la superfluidità: una miscela di un fluido normale e viscoso e un superfluido privo di attrito. Appunto, questa miscela dovrebbe consentire due tipi di “suono”: onde di densità ordinarie e onde di temperatura peculiari. Quest’ultima, il fisico Lev Landau in seguito chiamò “secondo suono”.
Riporta il sito dell’Università, un team di fisici del MIT, guidato da Martin Zwierlein, professore di fisica Thomas A Frank, ha catturato per la prima volta immagini dirette del secondo suono. I risultati, riportati oggi sulla rivista Science, aiuteranno i fisici a ottenere un quadro più completo di come il calore si muove attraverso i superfluidi e altri materiali correlati, inclusi i superconduttori e le stelle di neutroni.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation (NSF), dall’Air Force Office of Scientific Research e dalla Vannevar Bush Faculty Fellowship. Il team del MIT fa parte del MIT-Harvard Center for Ultracold Atoms (un NSF Physics Frontier Center) ed è affiliato al Dipartimento di Fisica del MIT e al Laboratorio di ricerca di elettronica (RLE).
Ma che cos’è il superfluido?
Nulla di magico o fantascientifico. Il superfluido è uno stato speciale della materia che si crea quando una nuvola di atomi viene raffreddata a temperature estremamente basse. A quel punto, gli atomi iniziano a fluire come un fluido completamente privo di attrito.
In questo stato superfluido, i teorici hanno previsto che anche il calore dovrebbe fluire come un’onda, sebbene fino ad ora gli scienziati non fossero stati in grado di osservare direttamente il fenomeno. Le nuove immagini rivelano come il calore può muoversi come un’onda e “scivolare” avanti e indietro, anche se la materia fisica di un materiale può muoversi in un modo completamente diverso. Le immagini catturano il puro movimento del calore, indipendente dalle particelle di un materiale.
Gli esperimenti segnano la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di immaginare direttamente il secondo suono e il puro movimento del calore in un gas quantistico superfluido. Essi affermano che le loro scoperte possono essere ampliate per prevedere come fluisce il calore in altri materiali fortemente interagenti, come nei superconduttori ad alta temperatura e nelle stelle di neutroni.
Se vuoi saperne di più su questa ricerca, ti consigliamo di leggere il paper ufficiale pubblicato su Science:
- Zhenjie Yan, Parth B. Patel, Biswaroop Mukherjee, Chris J. Vale, Richard J. Fletcher, Martin W. Zwierlein, Thermography of the superfluid transition in a strongly interacting Fermi gas, Science (2024), DOI: 10.1126/science.adg3430.
