Un magnete che si comporta come una trottola: la scoperta del CNR che realizza un’intuizione di Maxwell

Che un magnete possa muoversi come un giroscopio non è un’idea nuova: James Clerk Maxwell l’aveva già immaginato nel 1861, annotandola nel suo celebre trattato sull’elettromagnetismo. Per oltre un secolo e mezzo, però, quella intuizione è rimasta un’ipotesi affascinante ma mai verificata. Oggi, un team del CNR ha finalmente dimostrato che Maxwell aveva visto giusto.

Quando i magneti imitano gli atomi 

Nella fisica atomica, gli spin — minuscoli magneti elementari — si comportano come trottole: invece di allinearsi semplicemente al campo magnetico, “precessano”, descrivendo traiettorie circolari o ellittiche. I magneti macroscopici, invece, si comportano come le bussole: si orientano e basta. La differenza sta nell’inerzia rotazionale, enorme per un oggetto macroscopico e praticamente nulla per un atomo. Eppure, sotto le giuste condizioni, anche un magnete grande abbastanza da essere visto a occhio nudo può imitare il comportamento degli spin atomici. 

L’esperimento che dà ragione a Maxwell 

All’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR di Trento, i ricercatori Felix Ahrens e Andrea Vinante hanno levitato microsfere ferromagnetiche di circa 50 micrometri all’interno di una trappola superconduttrice operante a basse temperature. Un ambiente estremo, necessario per eliminare ogni disturbo e osservare il moto più puro possibile. Monitorando con grande precisione il movimento delle microsfere, il team ha scoperto che non oscillano lungo linee rette, come ci si aspetterebbe da un magnete macroscopico, ma seguono eleganti traiettorie ellittiche: la firma inconfondibile della dinamica giroscopica. In altre parole, quelle minuscole sfere si comportano come trottole magnetiche. Il risultato, pubblicato su Physical Review Letters e accompagnato da un Focus su Physics dell’American Physical Society, conferma pienamente le previsioni teoriche. E soprattutto permette di “vedere” e quantificare il momento angolare nascosto nel materiale, generato dagli spin elettronici allineati nel ferromagnete. 

Perché è importante 

Questa scoperta non è solo un tributo alla lungimiranza di Maxwell: apre la strada a una nuova generazione di magnetometri basati su nanomagneti. Strumenti capaci di rilevare campi magnetici ultradeboli, con una sensibilità potenzialmente superiore a quella dei magnetometri atomici oggi utilizzati. Un passo avanti che potrebbe rivoluzionare settori come la fisica fondamentale, la geofisica, la diagnostica e tutte le tecnologie che richiedono misure magnetiche estremamente precise. 

Fonte: CNR