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.