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Jun 05, 2023

Nuovo stato della materia scoperto utilizzando cristalli ultradensi

Facendo passare un forte raggio di luce attraverso due composti chimici, gli scienziati hanno scoperto un nuovo stato unico della materia fatto di particelle chiamate eccitoni. I fisici hanno scoperto un nuovo stato esotico

Facendo passare un forte raggio di luce attraverso due composti chimici, gli scienziati hanno scoperto un nuovo stato unico della materia fatto di particelle chiamate eccitoni.

I fisici hanno scoperto un nuovo stato esotico della materia che assume la forma di un cristallo altamente ordinato di particelle subatomiche. Il nuovo stato della materia, chiamato “isolante correlato bosonico”, potrebbe portare alla scoperta di molti nuovi tipi di materiali esotici costituiti da materia condensata, secondo i ricercatori, che hanno dettagliato i loro risultati in uno studio pubblicato l’11 maggio sulla rivista Science. .

Le particelle subatomiche possono essere separate in due categorie: fermioni e bosoni. Le differenze principali tra i due sono il modo in cui ruotano e il modo in cui interagiscono tra loro.

I fermioni, come gli elettroni e i protoni, sono spesso considerati gli elementi costitutivi della materia perché costituiscono gli atomi e sono caratterizzati dal loro spin semiintero. Due fermioni identici non possono occupare contemporaneamente lo stesso spazio.

I bosoni, d’altro canto, trasportano forza – come i fotoni o i pacchetti di luce – e si pensa che siano il collante dell’universo, che tiene insieme le forze fondamentali della natura. Queste particelle hanno spin interi e più bosoni possono trovarsi nello stesso posto contemporaneamente.

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"I bosoni possono occupare lo stesso livello di energia; i fermioni non amano stare insieme", ha detto in una dichiarazione l'autore principale dello studio Chenhao Jin, un fisico della materia condensata dell'Università della California, a Santa Barbara. "Insieme, questi comportamenti costruiscono l'universo come lo conosciamo."

Ma c’è un caso in cui due fermioni possono diventare un bosone: se un elettrone carico negativamente è fissato a una “buca” carica positivamente in un diverso fermione, forma una particella bosonica nota come “eccitone”.

Per vedere come gli eccitoni interagiscono tra loro, i ricercatori hanno stratificato un reticolo di disolfuro di tungsteno sopra un reticolo simile di diseleniuro di tungsteno in uno schema sovrapposto chiamato moiré. Quindi, hanno proiettato un forte raggio di luce attraverso i reticoli, un metodo noto come “spettroscopia con sonda a pompa”. Queste condizioni hanno spinto insieme gli eccitoni finché non sono stati così densamente imballati da non poter più muoversi, creando un nuovo stato cristallino simmetrico con una carica neutra: un isolante bosonico correlato.

"Convenzionalmente, le persone hanno dedicato la maggior parte dei loro sforzi a capire cosa succede quando si mettono insieme molti fermioni", ha detto Jin. "L'obiettivo principale del nostro lavoro è che fondamentalmente abbiamo creato un nuovo materiale a partire dall'interazione dei bosoni."

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I ricercatori hanno affermato che questa è la prima volta che questo nuovo stato della materia viene creato in un sistema di materia “reale”, al contrario dei sistemi sintetici, fornendo così nuove informazioni sul comportamento dei bosoni. Inoltre, i metodi utilizzati dal team per scoprire questo nuovo stato della materia potrebbero aiutare gli scienziati a creare ulteriori nuovi tipi di materiali bosonici.

"Sappiamo che alcuni materiali hanno proprietà molto bizzarre", ha detto Jin. "E uno degli obiettivi della fisica della materia condensata è capire perché hanno queste ricche proprietà e trovare modi per rendere questi comportamenti più affidabili."

Questa storia è stata originariamente pubblicata su WordsSideKick.com.

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