Il lavoro di un gruppo di ricerca in Fisica pubblicato su Nature Physics

3' di lettura 14/07/2010 -

E’ stato pubblicato nei giorni scorsi, nella versione on-line della rivista Nature Physics, un articolo dal titolo “Observation of pseudogap behaviour in a strongly interacting Fermi gas”, nato dalla collaborazione tra un gruppo sperimentale statunitense dell’Istituto JILA del National Institute of Standards and Technology (NIST) e del Dipartimento di Fisica dell’Università del Colorado, guidato dal Prof. Debbie Jin e un gruppo teorico del Dipartimento di Fisica dell’Università di Camerino, guidato dal Prof. Giancarlo Calvanese Strinati. L’articolo apparirà anche nel numero di luglio della versione cartacea di Nature Physics.

Il gruppo sperimentale guidato da Debbie Jin è tra i leader indiscussi al mondo nel settore sperimentale della fisica degli “atomi ultrafreddi”, un settore attualmente in grande espansione, con qualche interesse anche in Italia. Per i suoi lavori all’avanguardia in questo campo, il Prof. Debbie Jin ha ricevuto vari premi scientifici negli Stai Uniti.

I gas di atomi fermionici (dal nome dello scienziato italiano Enrico Fermi) ultrafreddi, raffreddati alle temperature più basse raggiungibili nell’Universo, rappresentano una grande opportunità per studiare in maniera controllata e relativamente semplice i sistemi fermionici fortemente interagenti che sono alla base di molti materiali di interesse e dei nuclei atomici, in quanto i cosiddetti fermioni sono le particelle costituenti della materia. La caratteristica primaria degli atomi fermionici ultrafreddi (quali il 6Li e il 40K) è costituita dal fatto che l’interazione attrattiva tra questi atomi può essere facilmente controllata, conducendo in questo modo alla scoperta del fenomeno di superfluidità in questi sistemi, per il quale la materia può fluire senza attrito con una temperatura di transizione relativamente molto alta.

I gas di atomi fermionici ultrafreddi, sebbene di costituzione alquanto semplificata possono servire a studiare alcune proprietà fisiche rilevanti dei molto più complessi (e per questo meno accessibili, ma di grande interesse per le loro potenziali applicazioni pratiche) materiali superconduttori ad alta temperatura critica che mostrano, in particolare, una fase caratteristica detta di “pseudogap” al di sopra della temperatura critica dove il sistema mantiene alcune delle caratteristiche della fase superfluida, come una densità degli stati solo parzialmente depressa attorno all’energia di Fermi, ma senza esibire la superfluidità.

Nel lavoro congiunto fra il gruppo di ricerca Unicam e quello statunitense, pubblicato da Nature Physics, è stata direttamente osservata sperimentalmente ed interpreta teoricamente la fase di pseudogap in un gas di atomi fermionici ultrafreddi, la cui impronta digitale è risultata essere la presenza di una caratteristica dispersione, detta di “back-bending”, che persiste per temperature ben al di sopra della temperatura di transizione superfluida.

“L’importante studio – sottolinea il Prof. Strinati – ha contribuito a definire in maniera non ambigua la questione dell’esistenza della fase di pseudogap come dovuta ai soli effetti di forte interazione tra gli atomi, ovvero senza l’entrata in gioco di altri effetti riconducibili alla struttura reticolare del materiale, che è presente nei materiali superconduttori ad alta temperatura, ma è assente nei gas fermionici ultrafreddi. La collaborazione fra il nostro gruppo di ricerca e quello coordinato dal Prof. Debbie Jin ha registrato ruoli ben distinti: il gruppo sperimentale di Jila ha condotto l’esperimento ed elaborato i dati sperimentali, mentre il gruppo teorico dell’Università di Camerino ha interpretato i dati sperimentali tramite una propria teoria elaborata in precedenza che è stata a sua volta di ispirazione per l’esperimento stesso”.