Osservate supercorrenti atomiche che scorrono senza resistenza

Immagine del Crn

La meccanica quantistica permette il passaggio di liquidi tra due recipienti separati se la parete è sufficientemente sottile. L'effetto tunnel quantistico permette alle particelle di fluire tra due contenitori, persino in assenza di resistenza nel caso dei superfluidi, stati della materia capaci di scorrere senza dissipare energia Uno studio del Cnr ha osservato l’insorgere di correnti senza resistenza tra due gas di Fermi nella fase superfluida, separati da una sottile parete creata tramite luce laser.
Le supercorrenti atomiche scorrono attraverso la parete sostenute solamente dalla differenza di fase relativa tra le funzioni d’onda quantistiche dei due gas superfluidi. Il fenomeno è noto come effetto Josephson-dc ed è una delle manifestazioni più paradigmatiche della coerenza di fase quantistica a livello macroscopico. È estremamente importante anche per le sue applicazioni: è infatti alla base del funzionamento di molti moderni dispositivi interferometrici, che utilizzano giunzioni tra metalli superconduttori. Mentre la resistenza nei metalli ordinari rende la corrente di elettroni proporzionale al voltaggio applicato, definendo la relazione nota come Legge di Ohm, la supercorrente scorre senza resistenza come conseguenza della coerenza di fase dello stato superfluido, nel quale le particelle si muovono all’unisono, condividendo la stessa funzione d’onda macroscopica. In questo caso, la corrente ha una dipendenza sinusoidale dalla differenza di fase tra i due superfluidi, che rappresenta quindi un analogo quantistico del voltaggio.
«Nel nostro esperimento, creiamo gas atomici superfluidi che hanno la caratteristica di presentare forti correlazioni quantistiche tra le particelle - commenta Francesco Scazza del Cnr-Ino -.Iniettando una corrente atomica controllata attraverso una barriera di luce posta nel gas, misuriamo il valore massimo per cui la resistenza è nulla, ricavando una delle proprietà fondamentali dello stato superfluido gas, ossia il numero di atomi che occupano lo stato quantistico fondamentale. Questa caratteristica, detta frazione condensata, era finora rimasta inaccessibile proprio a causa delle forti correlazioni tra gli atomi».

Fonte: Cnr