Stranger things: liquido evade dal suo contenitore

I segreti dei superfluidi

La superfluidità è l’espressione delle proprietà quantistiche della materia a livello macroscopico. Questo fenomeno è stato inizialmente osservato tra atomi di elio-4 portati a temperature prossime allo zero assoluto (circa 2 Kelvin).

La più spettacolare caratteristica della transizione da elio liquido a elio superfluido è la sua assenza di viscosità. Normalmente, ruotando un cucchiaino in un bicchiere d’acqua, si forma un vortice, che dopo qualche istante svanisce. Se potessimo fare lo stesso in un bicchiere di elio superfluido, idealmente, il vortice continuerebbe a ruotare. Proprio l'assenza di viscosità conferisce all’elio superfluido il potere di uscire dal contenitore nel quale è inserito poiché in questo caso è mancante l'attrito con le pareti del contenitore stesso.

Non è però possibile raggiungere questo stato con tutti gli elementi. La materia infatti si divide in due principali classi: fermioni e bosoni. I primi, come gli elettroni, devono rispettare il principio di esclusione di Pauli e perciò non più di una particella fermionica può stare in un dato stato energetico, mentre per i bosoni questa limitazione non vale. L’elio-4 è classificato come bosone ed è quindi possibile, portando a temperature molto basse un insieme di atomi di elio-4, far sì che tutti occupino lo stesso stato energetico. In tal modo tutte le particelle diventano matematicamente indistinguibili: al contrario di un normale fluido, non si hanno urti fra le particelle dovuti allo loro diverse direzioni di moto, esse si muovono infatti all'unisono.

Dopo la prima osservazione sperimentale dell’elio-4 superfluido, questo fenomeno è stato poi spiegato nel contesto del condensato di Bose-Einstein (BEC), osservato nel 1995 da Cornell e Wieman usando atomi di Rubidio, dichiarato poi nel 2020 il quinto stato della materia, insieme a solido, liquido, gas e plasma.

Dal 2018, con l’esperimento tedesco Maius, si sta cercando di riprodurre BEC nello spazio con l’obiettivo di creare interferometri quantistici in grado di verificare le teorie della relatività generale. E tu, hai mai visto un liquido scavalcare le pareti?