In una scoperta che suona come una barzelletta sulla fisica senza finale, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che le fluttuazioni quantistiche nel vuoto possono rafforzare la superconduttività, aprendo una nuova strada per controllare stati esotici della materia. Sì, il vuoto cosmico ora si sta rendendo utile.

Lo studio, pubblicato su Nature, è stato guidato dai professori Changgan Zeng e Guanghui Cheng dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina dell'Accademia Cinese delle Scienze. Alla collaborazione hanno partecipato anche il professor Qingdong Jiang della Shanghai Jiao Tong University, il professor Frank Wilczek del Massachusetts Institute of Technology e altri ricercatori. Un bel po' di nomi illustri per dimostrare che il nulla fa qualcosa.

Nel linguaggio comune, un vuoto può sembrare spazio completamente vuoto. La fisica quantistica dipinge un quadro molto diverso. Secondo l'elettrodinamica quantistica e il principio di indeterminazione di Heisenberg, nemmeno lo stato di energia più basso è mai perfettamente immobile. Particelle virtuali appaiono e scompaiono continuamente, producendo un fondo sempre presente di fluttuazioni quantistiche. Quindi la prossima volta che qualcuno ti dà del vuoto a perdere, ringrazialo per il complimento.

Queste fluttuazioni non sono puramente teoriche. I loro effetti sono stati osservati attraverso fenomeni ben consolidati come lo spostamento di Lamb, l'emissione spontanea e l'effetto Casimir. Quindi sì, l'universo si sta mettendo in mostra silenziosamente da decenni.

Per diversi anni, i team guidati da Zeng e Cheng hanno studiato come queste fluttuazioni del vuoto influenzino i sistemi di materia condensata. In uno studio precedente, i ricercatori hanno dimostrato di poter manipolare direttamente le fluttuazioni del vuoto usando un campo magnetico per invertire reversibilmente la forza di Casimir tra attrazione e repulsione. Quel risultato ha sollevato una domanda più ampia: le fluttuazioni quantistiche del vuoto potrebbero essere usate anche per controllare stati quantistici macroscopici?

Il gruppo di Jiang ha affrontato lo stesso problema da una prospettiva teorica, studiando come ambienti quantistici del vuoto ingegnerizzati potessero influenzare diversi stati della materia. I ricercatori hanno introdotto il concetto di "vuotronica", in cui ambienti del vuoto appositamente progettati vengono usati per controllare il comportamento elettronico e fotonico. Quel lavoro teorico ha contribuito a fornire un quadro per comprendere il potenziamento della superconduttività osservato nei nuovi esperimenti.

"Le fluttuazioni del vuoto nello spazio libero sono generalmente troppo deboli per produrre effetti osservabili nei sistemi macroscopici di materia condensata", ha detto il professor Zeng. "Per superare questa limitazione, abbiamo introdotto un risonatore a anello spezzato nel terahertz. Una tale cavità scura può rimodellare l'ambiente elettromagnetico e amplificare sostanzialmente le fluttuazioni del vuoto."

Per testare l'idea sperimentalmente, i ricercatori hanno posto il superconduttore NbSe2 all'interno di una cavità scura nel terahertz. Questo ha creato un sistema accoppiato in cui il materiale superconduttore interagiva con l'ambiente elettromagnetico appositamente ingegnerizzato all'interno della cavità. Il team ha poi confrontato il comportamento superconduttivo del materiale dentro e fuori la cavità. I risultati hanno mostrato che porre NbSe2 nella cavità aumentava significativamente la sua temperatura critica superconduttiva, la temperatura al di sotto della quale il materiale entra nel suo stato superconduttivo.

"Abbiamo osservato che la temperatura critica può aumentare fino al 5,4% in un dispositivo NbSe2 a sei strati, mentre la corrente critica e il campo magnetico critico sono significativamente potenziati vicino alla transizione superconduttiva", ha detto il professor Cheng. "Questa rappresenta la prima osservazione sperimentale di superconduttività potenziata dalle fluttuazioni del vuoto." Esatto: un aumento del 5,4% da quello che è essenzialmente il rumore di fondo dell'universo.

I ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti di controllo per determinare se l'effetto potesse essere spiegato da cambiamenti più convenzionali del materiale. Hanno variato diverse proprietà della configurazione, tra cui la geometria della cavità, la frequenza caratteristica, gli spessori dei materiali, i materiali dielettrici e le strisce metalliche. I risultati a