il Giornale, 13 marzo 2017
La scienza ha fermato il tempo. In cristalli
A scuola ci hanno insegnato che ci sono tre stati della materia: liquido, solido, gassoso. La ricerca ha identificato un nuovo stato della materia: il cristallo del tempo. Abbiamo ingabbiato il tempo? È difficile comprenderlo se non si è dei fisici, ma basti pensare che il tempo può essere fermato sebbene solo a livello microscopico. Torniamo all’idea che il tempo per noi esseri umani sia solo un pensiero, un errore della mente.
Che cos’è il tempo? Per Sant’Agostino era puramente una distentio animi, un’estensione della mente. In sostanza il tempo esiste per chi lo pensa, come d’altra parte i sepolcri per Foscolo: non servono ai morti, servono a chi vive. Per Albert Einstein, invece, il tempo non è più assoluto, ma relativo. Cosa provata da innumerevoli esperimenti scientifici, senza la relatività non funzionerebbe neppure un Gps. Un orologio che viaggia a grande velocità si muoverà più lentamente di un orologio fermo. Stessa cosa vale per la gravità: essere più lontani dal centro della Terra ci fa vivere più lentamente di chi ci sta più vicino. Motivo per cui a passare una vita in montagna si vive leggermente meno (qualche millisecondo) di chi sta al mare.Adesso, con i cristalli di itterbio (che suona come un cattivo avverbio), abbiamo ingabbiato il tempo. È difficile comprenderlo se non si è dei fisici, ma basti pensare che il tempo può essere fermato. A livello di particelle elementari, certo, ma teniamo conto che ognuno di noi è polvere di stelle, ossia ogni atomo del nostro corpo si è formato nelle stelle, e dunque tutta la materia è fatta di atomi, anche il nostro corpo. Basti pensare che ci sono più atomi nel nostro corpo che stelle nella nostra galassia. Più atomi nel nostro corpo che granelli di sabbia nel mondo. E allora, si può fermare il tempo? Negli atomi sembra di sì. Ma, attenzione, solo a livello microscopico. Mirabile insegnamento quello del gatto di Schrodinger: un atomo può decadere e non decadere allo stesso tempo, il corpo di un essere vivente non può essere vivo e morto allo stesso tempo. E dunque ritorniamo all’idea che il tempo, per noi umani, sia solo un pensiero, un errore della mente. In ogni caso da oggi in poi se arriviamo tardi a un appuntamento potremo dire: mi ero basato sull’itterbio.Massimiliano Parente
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Ecco i cristalli del tempo che cambiano il mondo
Alle scuole medie ci insegnano che ci sono tre stati della materia: liquido, solido, gassoso. Ma se qualcuno prosegue negli studi in ambito scientifico, scopre che siamo arrivati anche a definire il plasma (presente nei fulmini e nelle aurore boreali) e il condensato di Bose-Einstein (legato a test di laboratorio effettuati a bassissime temperature). Oggi, dunque, siamo a un nuovo capitolo della ricerca in questo ambito con l’identificazione di un nuovo stato della materia: il cristallo del tempo. Il nome disorienta chi non si occupa abitualmente di scienza, ma si può cercare di renderlo plausibile affermando che gli elettroni che caratterizzano ogni atomo ruotano intorno a un nucleo di protoni e neutroni, osservando dei livelli di energia specifici (i quanti), che possono essere superati se interviene, per esempio, un fotone (particella di luce) dall’esterno.La stabilità di un atomo è dunque determinata dal comportamento degli elettroni, specialmente di quelli più esterni che consentono i legami chimici. In un cristallo normale, stato solido della materia, gli atomi (e dunque gli elettroni) conservano una condizione di stabilità costante. Da cui deriva la disposizione ordinata degli atomi e le tipiche figure geometriche che caratterizzano i cristalli. Ma uno studio americano scalza questo paradigma; scoprendo che, a temperature e pressioni in cui la materia non dovrebbe più avere sussulti, e in assenza di fonti di energia esterne, gli elettroni continuano a muoversi in modo caotico intorno al cuore dell’atomo. Il fenomeno spiega la genesi dei «cristalli del tempo».Come si è giunti fin qui? Gli studiosi dell’Università del Maryland e di Harvard, sulla base delle indicazioni fornite da Norman Yao di Berkeley, hanno utilizzato due fasci laser con cui hanno bersagliato dieci ioni di itterbio, un elemento presente in alcuni minerali rari della crosta terrestre. Le particelle elettroniche «annullano» lo spazio riproponendosi sempre nello stesso punto. Si può immaginare la Terra che ruota intorno al Sole e dopo un intero giro viene a trovarsi nella stessa identica posizione di partenza; il cristallo del tempo si comporta nello stesso modo. Il laser cambia la rotazione di uno ione di itterbio (riferibile all’idea di una particella che ruota intorno al proprio asse) invertendo la rotazione degli altri e generando un’oscillazione perpetua nel tempo. «Si tratta ufficialmente di una nuova fase della materia-, ha rivelato Yao- si tratta di un primo esempio di materia fuori-equilibrio».Il futuro? Si parte dal presupposto che i cristalli temporali siano riconducibili ai qubit (unità di misura elementare dell’informazione basata sulla meccanica quantistica). La prospettiva è sviluppare dei computer super potenti in grado di immagazzinare quantità infinite di informazioni. Altrettanto significativo sarà l’affiancamento al lavoro di Andrew Potter dell’Università del Texas autore di altri studi finalizzati all’individuazione di una particella misteriosa, il fermione di Majorana. Ipotizzato dal grande fisico italiano negli anni Trenta, ma mai testato con successo, è legato al concetto di frazionalizzazione degli elettroni, indivisibili per definizione, che si «rompono» dando vita a questa nuova unità elementare, appunto, il fermione. Ecco l’ennesima provocazione della fisica: da una parte ci promette l’ottenimento di materiali che potranno rivoluzionare le nostre vite, ma contemporaneamente ci indica che più cose sappiamo, più ne abbiamo da scoprire.
Gianluca Grossi