Molti fenomeni del mondo naturale evidenziano simmetrie nella loro evoluzione dinamica che aiutano i ricercatori a comprendere meglio il meccanismo interno di un sistema. Nella fisica quantistica, tuttavia, queste simmetrie non vi sono sempre. In esperimenti di laboratorio con atomi di litio ultrafreddi, i ricercatori del Center for Quantum Dynamics dell’Università di Heidelberg hanno dimostrato per la prima volta la deviazione teoricamente prevista dalla simmetria classica. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista “Science”.
«Nel mondo della fisica classica, l’energia di un gas ideale aumenta proporzionalmente alla pressione applicata. Questa è una conseguenza diretta della simmetria di scala, e la stessa relazione è vera in ogni sistema invariante di scala. Nel mondo della meccanica quantistica, tuttavia, le interazioni tra le particelle quantistiche possono diventare così forti che questa simmetria su scala classica non si applica più», spiega il Tilman Enss, professore associato dell’Istituto di fisica teorica. Il suo gruppo di ricerca ha collaborato con il gruppo del professor Selim Jochim all’Institute for Physics.
Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno studiato il comportamento di un gas ultra-fluido e superfluido di atomi di litio. Quando il gas viene spostato dal suo stato di equilibrio, inizia a espandersi e contrarsi ripetutamente in un movimento di “respirazione”. A differenza delle particelle classiche, queste particelle quantistiche possono legarsi in coppie e, di conseguenza, il superfluido diventa più rigido quanto più viene compresso. Il gruppo, guidato dai primi autori dello studio, Puneet Murthy e Nicolo Defenu, ha osservato questa deviazione dalla simmetria su scala classica e quindi verificato direttamente la natura quantistica di questo sistema.
I ricercatori riferiscono che questo effetto fornisce una migliore comprensione del comportamento di sistemi con proprietà simili come grafene o superconduttori, che non hanno resistenza elettrica quando vengono raffreddati al di sotto di una certa temperatura critica.
