Un gruppo di fisici del Politecnico di Losanna, dell’Università inglese di Southampton, dell’Università di Cuernavaca in Messico e dell’ Ateneo “Tor Vergata” (Dipartimento di Fisica) hanno messo in evidenza, per la prima volta, l’esistenza dei “mezzi vortici”: l’ osservazione è un grande passo avanti verso la comprensione dei meccanismi di interazione tra luce e materia. La scoperta è stata pubblicata sulla rivista Science. Leggi tutto

di Pamela Pergolini

Fondamentale contributo alla scoperta è da attribuire alla Cattedra di Eccellenza Marie Curie presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma “Tor Vergata”, tenuta dal prof. Alexey Kavokin. La cattedra di eccellenza, istituita nel dicembre 2006 per studiare i polaritoni eccitonici, ha dimostrato che, essendo un miliardo di volte più leggeri di un atomo di idrogeno, i polaritoni eccitonici formano un liquido superfluido anche a temperatura ambiente. I polaritoni eccitonici sono eccitazioni composite di luce (fotoni) e materia (eccitoni). “Il loro uso in un nuovo tipo di laser (laser a polaritoni) e in altri dispositivi optoelettronici potrebbe portare i fenomeni della fisica quantistica nella nostra vita quotidiana ” - spiega il prof. Rodolfo Del Sole, docente di Teoria Quantistica della Materia e direttore del Centro Interdipartimentale per le Nanoscienze, Nanotecnologie e Strumentazione Avanzata a Tor Vergata (NAST) -.  In questi tre anni - continua Del Sole - la cattedra di eccellenza ha prodotto diversi articoli in riviste di alto impatto e contribuito alla formazione di giovani ricercatori. Nel 2009 la cattedra chiude il suo operato con questo importante risultato”.

I vortici quantistici sono eccitazioni elementari di varie forme coerenti della materia, per esempio dei liquidi superfluidi, tra i quali il condensato di Bose-Einstein. Dopo la loro previsione teorica negli anni 1950 da parte di Alexey Abrikosov (Premio Nobel per la Fisica nel 2002) i vortici sono stati osservati a temperature estremamente basse in superconduttori e superfluidi. In generale la materia coerente può essere caratterizzata da una fase complessa. In un vortice la fase cambia di 360 gradi girando attorno al centro del vortice. Negli anni ‘70 alcuni teorici hanno previsto un altro tipo di eccitazioni,  chiamate “mezzi vortici”, che dovrebbero esistere nei liquidi quantistici più complessi, in particolare nell’Helio-3. In un mezzo-vortice la fase  cambia di solo 180 gradi girando intorno al suo centro. Nello stesso tempo, anche il vettore di polarizzazione  cambia direzione.

Nel 2007 lo scienziato ucraino Yuriy Rubo (adesso professore presso l’Università Autonoma del Mexico) ha sviluppato la teoria dei “mezzi vortici” in un condensato di polaritoni eccitonici. Il gruppo del Prof. Benoit Deveaud-Pledran del Politecnico di Losanna è stato tra i primi ad osservare sperimentalmente il condensato di Bose-Einstein di polaritoni eccitonici nel 2006. Oggi, in collaborazione con Tor Vergata, Southampton e Cuernavaca, i fisici di Losanna hanno realizzato un esperimento decisivo per provare la teoria di Rubo mettendo in evidenza per la prima volta la esistenza dei “mezzi vortici”.

observation-of-half-quantum-vortices-in-exciton-polariton-condensates-Science-nov-2009