Stati esotici della materia. A 100 anni dalla condensazione di Bose-Einstein
Quando e Dove: 14-05-2024 | 17:30 | Sala Paladin, Palazzo Moroni, Via del Municipio 1, Padova
Locandina
Prenotazione obbligatoria su Eventbrite
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Cento anni fa, il 4 giugno 1924, un giovane fisico indiano di nome Satyendra Nath Bose inviava a Einstein un articolo in inglese relativo al comportamento collettivo dei «quanti di luce», i fotoni, offrendo una nuova deduzione dei risultati ottenuti da Planck nel 1900 sulla radiazione di corpo nero. Bose chiedeva a Einstein se il lavoro gli sembrasse degno di nota e, nel caso, se fosse possibile tradurlo in tedesco e pubblicarlo su qualche prestigiosa rivista, come la Zeitschrift für Physik. Einstein non solo fu entusiasta dell’articolo ma lo tradusse lui stesso inviandolo alla Zeitschrift für Physik.
Nei mesi successivi, approfondì il lavoro di Bose applicandolo non solo ai quanti di luce ma a un gas di atomi. Da questi contributi nasce la prima statistica quantistica, quella oggi nota come statistica di Bose-Einstein, che si applica ai comportamenti collettivi dei bosoni, particelle caratterizzate da valori interi (0, 1, 2 ...) di una particolare grandezza quantistica, lo spin. Per completezza diciamo che la seconda statistica quantistica, quella di Fermi-Dirac per particella, dette fermioni, a spin semintero (1/2, 3/2 ..), comparirà solo nel 1926 grazie ai contributi indipendenti di Enrico Fermi e Paul Dirac.
A novembre 1924, Einstein si accorse che il gas di atomi da lui studiato manifestava una proprietà paradossale: «A partire da una determinata temperatura, le molecole “condensano” senza forze attrattive, cioè si aggregano a velocità zero». In pratica si prevedeva uno stato con particelle indistinguibili che occupavano tutte lo stesso volume. La prova sperimentale dell’esistenza della «condensazione di Bose-Einstein» (BEC) si avrà solo molti anni dopo, nel 1995, perché le temperature in cui avviene la BEC sono davvero molto basse, vicine allo zero assoluto.
Le proprietà esotiche della materia quantistica conseguenza della statistica di Bose-Einstein hanno permesso la comprensione di fenomeni, per esempio la superconduttività, che come la BEC sono la dimostrazione che le proprietà quantistiche si manifestano non solo nell’ultra piccolo, ma anche in situazioni macroscopiche o quasi macroscopiche a bassissime temperature.
Negli ultimi trent’anni, con l’affinamento di tecniche di raffreddamento della materia le applicazioni della BEC sono diventate sempre più numerose e vanno dalla creazione di laser atomici agli orologi atomici, dai sensori per la misura di forze gravitazionali o magnetiche ai computer e alle telecomunicazioni quantistiche.
Di come si è arrivati a realizzare la condensazione di Bose-Einstein e quali sono state, sono e saranno le sue applicazioni ci parlerà nell’incontro «Conversazioni sulla meccanica quantistica» Chiara Fort, del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Firenze. Questo è il secondo incontro annuale promosso dal Dipartimento di fisica e astronomia (DFA) dell’Università di Padova nell’ambito del progetto dal titolo «Frontiere Quantistiche».
Questo progetto, finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca con il bando «Progetti Dipartimenti di eccellenza», ha l’obiettivo di potenziare le competenze del DFA in tutti gli ambiti di frontiera della ricerca in cui la natura quantistica della materia e della radiazione giochi un ruolo fondamentale. Questi sviluppi scientifici e tecnologici hanno un indubbio interesse anche al di fuori della comunità scientifica. Per questo il progetto prevede una serie di iniziative divulgative che permettano al pubblico generico di cogliere l’importanza di queste ricerche, le loro ricadute in ambito tecnologico e le sfide che si aprono in ambito culturale, sociale ed economico.
