Un nuovo stato della materia: il primo condensato di Bose-Einstein creato a temperatura ambiente.A new state of matter: the first Bose-Einstein condensate created at room temperature.

Un nuovo stato della materia: il primo condensato di Bose-Einstein creato a temperatura ambiente. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questa applicazione. / A new state of matter: the first Bose-Einstein condensate created at room temperature. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this application.

 

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

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(Foto: Aalto University / Tommi Hakala and Antti Paraoanu)

Questa volta è stato ottenuto a temperatura ambiente e non allo zero assoluto. Così è sottile e velocissimo. Il nuovo materiale è fatto di luce ed elettroni in moto in una nanostruttura di atomi di metallo, una trama sottilissima

La fisica quantistica insieme alla fisica dei materiali ne hanno fatta un’altra delle loro. Un gruppo di ricerca guidato dalla Aalto University, in Finlandia, ha creato un nuovo stato della materia, costituito da un innovativo tipo di condensato di Bose-Einstein. I risultati sono stati pubblicati su Nature Physics. Questo condensato è uno stato della materia in cui le particelle, raffreddate moltissimo, assumono proprietà molto particolari, che le rendono interessanti per specifiche applicazioni tecnologiche. Ad esempio, questo materiale diventa super fluido e può condurre corrente in maniera eccezionale.

Ma il nuovo stato della materia dei ricercatori finlandesi ha altri vantaggi. È stato realizzato a temperatura ambiente e non allo zero assoluto (cioè a circa -273 °C), come è avvenuto finora, perché le particelle utilizzate sono molto leggere. E questa caratteristica fa sì che il materiale possa essere ottenuto in maniera super-veloce, in tempi dei picosecondi (millesimi di miliardesimi di secondi).

Come si chiama questo nuovo tipo di materiale? Si tratta di particelle cosiddette polaritoni plasmonici di superficie, un nome bizzarro che descrive un oggetto fisico molto complesso, costituito da luce ed elettroni in movimento all’interno in una rete di materiale metallico nanostrutturato (cioè la cui struttura è su scala dei nanometri, milionesimi di millimetro). Il video seguente descrive come si possono ottenere queste particelle.

(Video: Aalto University/Kalle Kataila, Antti Moilanen, Tommi Hakala, Päivi Törmä)

Tornando alle “origini”, circa 100 anni fa i fisici Albert Einsteine Satyendra Nath Bose hanno teorizzato la possibilità, nella fisica quantistica, di far sì che un gran numero di particelle, raffreddate allo zero assoluto, si comportassero come un’unica particella.

In questo modo si sarebbe creato il cosiddetto condensato di Bose-Einstein (le particelle utilizzate sono bosoni e prendono il nome proprio dal fisico Bose). La prima osservazione di questo fenomeno si è avuta soltanto nel 1995, ben 70 anni dopo la teorizzazione.

Da quel momento gli scienziati hanno cercato di superare i limiti presenti, quale la necessità di un raffreddamento a circa -273 °C, e le dimensioni del composto ancora troppo grandi per essere utilizzate in specifiche applicazioni tecnologiche, ad esempio in nuove sorgenti di luce dalle dimensioni molto piccole e che possono processare informazioni in maniera molto rapida. In questo modo, si potrebbero ottenere strumenti che forniscono immagini ad ancora più elevato contrasto.

Arrivando ai giorni nostri, la particolarità del condensato della Aalto University è che, la luce prodotta nel condensato, che è fatta di fotoni (particelle che rientrano nella categoria dei bosoni), può essere focalizzata in volumi sottili, ed è dunque compressa in dimensioni molto ristrette, una caratteristica che, come spiegano gli autori, offre prospettive interessanti per studi di base e applicazioni tecnologiche del nuovo materiale.

Una volta creato il nuovo condensato, però, il principale ostacolo era l’estrema velocità con cui si formava e con cui lo si poteva rilevare. Sulla base di calcoli teorici, infatti, si trattava di picosecondi, un tempo impercettibile anche per la strumentazione. “Come si può verificare l’esistenza di un qualcosa che ha una durata di un trilionesimo di secondo?”, si sono chiesti gli autori. Per superare questo problema i ricercatori hanno pensato di osservare come avanza nello spazio la condensazione del materiale. Dando una spinta di avvio al materiale, cioè un impulso, il condensato inizia a muoversi. Così, guardando il suo moto nello spazio, si prolunga la sua sopravvivenza e la distanza percorsa viene trasformata in tempo utile per l’osservazione.

In questo caso, dunque, la luce prodotta è diversa da quella del laser per alcune sue proprietà: gli impulsi luminosi sono brevi e veloci e consentono così di processare informazioni e di essere utilizzati in applicazioni di imaging.

ENGLISH

This time it was obtained at room temperature and not at absolute zero. So it is thin and very fast. The new matter is made of light and electrons moving in a nanostructure of metal atoms, a very thin weft

Quantum physics along with the physics of materials have made another of them. A research group led by Aalto University in Finland has created a new state of matter, consisting of an innovative type of Bose-Einstein condensate. The results have been published in Nature Physics. This condensate is a state of matter in which the particles, cooled very much, take on very special properties, which make them interesting for specific technological applications. For example, this material becomes super fluid and can conduct current in an exceptional manner.

But the new state of the subject of Finnish researchers has other advantages. It was made at room temperature and not at absolute zero (that is, at about -273 ° C), as has happened up to now, because the particles used are very light. And this feature means that the material can be obtained super-fast, in times of the picoseconds (thousandths of billionths of seconds).

What is the name of this new type of material? These are so-called plasmonic surface polaritons, a bizarre name that describes a very complex physical object, consisting of light and electrons moving inside a network of nanostructured metal material (ie the structure of which is nanometer scale, millionths) of millimeter). The following video describes how these particles can be obtained.

Returning to the "origins", about 100 years ago physicists Albert Einsteine ​​Satyendra Nath Bose theorized the possibility, in quantum physics, to make sure that a large number of particles, cooled to absolute zero, behaved as one particle.

In this way the so-called Bose-Einstein condensate would be created (the particles used are bosons and take their name from the Bose physicist). The first observation of this phenomenon occurred only in 1995, 70 years after the theorization.

Since then, scientists have tried to overcome the present limits, such as the need for cooling to around -273 ° C, and the size of the compound still too large to be used in specific technological applications, for example in new light sources with very small size and can process information very quickly. In this way, you could get tools that provide even higher contrast images.

Coming to the present day, the peculiarity of the condensate of Aalto University is that, the light produced in the condensate, which is made of photons (particles that fall into the category of bosons), can be focused in thin volumes, and is therefore compressed in very restricted, a feature that, as the authors explain, offers interesting perspectives for basic studies and technological applications of the new material.

Once the new condensate was created, however, the main obstacle was the extreme speed with which it was formed and with which it could be detected. On the basis of theoretical calculations, in fact, it was a matter of picoseconds, an imperceptible time even for instrumentation. "How can we verify the existence of something that has a duration of one trillionth of a second?", The authors asked. To overcome this problem, the researchers thought to observe how the condensation of the material progresses in space. By giving a push to start the material, that is a pulse, the condensate starts to move. Thus, looking at its motion in space, its survival is prolonged and the distance traveled is transformed in time for observation.

In this case, therefore, the light produced is different from that of the laser for some of its properties: the light pulses are short and fast and thus allow to process information and be used in imaging applications.

Da:

https://www.wired.it/scienza/lab/2018/04/18/nuovo-stato-materia-condensato-bose-einstein-temperatura-ambiente/