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FISICA/ Scoperta la simmetria nascosta "sotto" i quanti: sorpresa, è la sezione aurea

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Uno degli aspetti più sorprendenti della fisica è la precisione con cui molti importanti fenomeni sono descritti da complessi e astratti concetti matematici. Uno di questi è la simmetria delle equazioni di un sistema fisico. Già in fisica classica si può dimostrare che eventuali simmetrie nelle equazioni del moto di un sistema di corpi sono associate alla conservazione di grandezze fisiche. Per esempio, l’invarianza di una legge fisica rispetto alle rotazioni nello spazio implica la conservazione (cioè l’invarianza nel tempo) del momento angolare, una quantità che descrive numerose proprietà legate alla rotazione stessa.

Una classe di simmetrie con particolari proprietà matematiche, denominata “gruppi di Lie”, riveste un ruolo importante in molti campi della fisica. I gruppi di Lie appaiono in aree che vanno da fenomeni quantistici a basse temperature come la superfluidità e la superconduttività, alle interazioni delle particelle elementari ad alte energie. La più complessa di queste simmetrie è chiamata E8 e finora era l’unica a non essere mai stata osservata in un sistema reale. Negli anni ’70, la simmetria E8 comparve per la prima volta in calcoli legati alla teoria delle stringhe: questa teoria offre una possibile descrizione completa di tutti i tipi di interazione presenti in natura, ma non ha ancora prove sperimentali.

Ora però gli scienziati hanno scoperto questa simmetria in un campo del tutto diverso ma concretissimo: un sistema di atomi superfreddi e con particolari caratteristiche spaziali. Un lavoro pubblicato da Science (vol. 327, n. 5962) ha infatti dimostrato la presenza di una simmetria E8 in un sistema di atomi di niobato di cobalto. Questo risultato, frutto della collaborazione fra il centro Helmholtz di Berlino per i Materiali e l’Energia e l’università di Oxford, ha richiesto la preparazione, a temperature prossime allo zero assoluto, di catene lineari costituite da singoli atomi. Un sistema simile è relativamente facile da trattare teoricamente, ma straordinariamente difficile da realizzare sperimentalmente: richiede infatti la capacità di creare catene perfettamente lineari su scala atomica e campi magnetici comparabili con l’interazione fra gli atomi.

 

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