Scoperto il legame tra la sezione aurea e la simmetria
Ricercatori in Germania e Regno Unito hanno scoperto la simmetria nella materia allo stato solido a scale molto piccole. La scoperta, pubblicata sulla rivista Science, rivela che la simmetria coinvolge la sezione aurea, famosa nell'arte e in architettura. La ricerca è stata in parte sostenuta dal progetto NMI3 ("Integrated infrastructure iniziative for neutron scattering and muon spectoscopy"), finanziato dal tema "Coordinamento delle attività di ricerca" del Sesto programma quadro (6° PQ) dell'Unione europea con 21 milioni di euro. Gli scienziati sostengono che i comportamenti inaspettati, se non addirittura irrazionali, vanno di pari passo con le particelle a livello atomico o quantistico. L'emergere di nuove proprietà si basa sul cosiddetto "principio di incertezza di Heisenberg", secondo il quale è impossibile conoscere l'esatta posizione e velocità di un oggetto nello stesso momento. Tuttavia, l'effetto è osservabile solo a scala subatomica. In questo ultimo studio i ricercatori hanno analizzato un materiale magnetico - il niobato di cobalto - composto di atomi magnetici collegati tra loro che formano catene della grandezza di un atomo. Secondo i ricercatori, il niobato di cobalto è utile se si vuole descrivere il ferromagnetismo della materia solida a scale infinitesimali. Il gruppo di ricerca sostiene che la catena magnetica si trasforma in un nuovo stato chiamato "critico quantistico" quando si applica un campo magnetico ad angolo retto a spin allineati. Il critico quantisco, dicono gli esperti, può essere considerato come la versione quantistica dei modelli frattali. "Il sistema raggiunge una indeterminatezza quantistica - ovvero il paradosso del gatto teorizzato da Schrodinger [ossia, la contemporanea presenza di due condizioni diametralmente opposte]", spiega il professor Alan Tennant dell'Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB), in Germania, coautore dello studio. "Ecco cosa abbiamo fatto nel corso dei nostri esperimenti con il niobato di cobalto. Abbiamo calibrato il sistema in modo da farlo arrivare allo stato critico quantistico". I ricercatori hanno scoperto che al momento della calibrazione del sistema e della introduzione artificiale di una indeterminatezza quantistica in quantità superiore, la catena atomica si comportava come una corda di chitarra a livello nanoscala. È stata utilizzata una sonda particolare - il "dispersore di neutroni" - che ha permesso di visualizzare le effettive vibrazioni che, a livello di sistema, si producevano a scala atomica. "Qui la tensione deriva dall'interazione tra gli spin. Questa tensione ne provoca la risonanza magnetica", dice l'autore principale dello studio, il dottor Radu Coldea dell'Università di Oxford, nel Regno Unito. "Per queste interazioni abbiamo trovato una serie (ossia, una scala) di note risonanti: le prime due note dimostrano di avere, tra di loro, una perfetta relazione. Le loro frequenze (ossia, i picchi) sono nell'ordine di 1.618�, che è, appunto, la famosa sezione aurea dell'arte e dell'architettura". La scienza dice che, nell'arte e nella matematica, due quantità rientrano nella sezione aurea se il rapporto tra la somma delle quantità e la quantità maggiore è uguale al rapporto tra la quantità maggiore e quella inferiore. Il dottor Coldea sottolinea che questa non è una concidenza. "Essa rispecchia una bellissima proprietà del sistema quantistico, ossia una simmetria nascosta. Ed è una simmetria speciale, quella che i matematici chiamano E8, per la prima volta osservata in un materiale". Secondo i ricercatori, le teorie matematiche sviluppate per la fisica delle particelle potrebbero trovare un loro posto nella scienza delle nanograndezze e potrebbero contribuire allo sviluppo tecnologico. "Queste scoperte inducono i fisici a pensare che il mondo a livello quantistico e atomico possa avere un suo ordine ben preciso, seppur non evidente", dice il professor Tennant - che ha guidato il gruppo HZB - e aggiunge: "La scienza si troverà probabilmente davanti a simili sorprese anche per altri materiali allo stato quantistico critico." Hanno partecipato al progetto MNI3 ricercatori della Repubblica ceca, Danimarca, Germania, Ungheria, Paesi Bassi, Polonia, Svezia e Regno Unito.
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