David J. Thouless, F. DuncanM. Haldane e J. Michael Kosterlitz questi sono i tre scienzati a cui è stato assegnato il Premio Nobel 2016. La motivazione data dall’Accademia reale delle scienza di Svezia è stata:”per le loro scoperte teoriche sulle transizioni topologiche di fase e le fasi topologiche della materia”.

I tre fisici sono stati premiati per il loro lavoro svolto in un campo molto “bizzarro” la topologia, che ha permesso a loro di studiare nel dettaglio gli stati più esotici della materia.

La topologia è una branca della matematica dedita allo studio delle proprietà delle figure che non cambiano quando vengono defomate in modo continuo, logicamente non devono verificarsi strappi o sovrapposizioni.

Per spiegarci meglio le implicazioni e gli studi dietro le ricerche svolte dai tre professori, abbiamo contattato Daniele Faccio, fisico dell’Institute of Photonics and Quantum Sciences della Heriot-Watt University.

Prima di entrare nel merito sui vari stati topologici, che spingono i materiali a comportarsi in modi diversi, il ricercatore ci ha descritto le transizioni topologiche: “Sono una forma di transizione di fase della materia che è legata a una qualche variazione delle proprietà geometriche (in particolare, delle proprieta’ della topologia)”. Logicamente tutto questo studio è incredibilmente legato alla materia: “Di solito si parla delle transizioni di fase perchè queste sono molto evidenti anche ad occhio: ghiaccio, acqua e vapore sono tre stati di fasi diverse dell’acqua. Le transizioni topologiche sono qualcosa di simile ma sono piu’ difficilii da vedere e anche da creare. Possono essere legate per esempio alla formazioni di vortici in un superfluido e la transizione consiste nell’ossservare che i vortici, invece di rimanere legati tra di loro, si separano (un po’ come dire che la transizioni di fase da liquido a vapore avviene perche’ le molecole prima stanno insieme e poi si separano)”.

Le applicazioni di questi studi, dal punto di vista pratico sono veramente tantissime e coinvolgono i materiali a comportarsi in modo diverso: “Questi nuovi stati topologici (e ce ne sono molti!) sono importanti perchè spingono i materiali a comportarsi in modo diverso dal solito.Solo un esempio: i vortici possono essere solo “interi”. Non puoi avere mezzo vortice. Quindi, è anche molto difficile distruggerli perchè sono molto robusti. Questo vuol dire che un nuovo tipo di calcolatore che usa questi vortici come dei “bit” potrebbe essere molto robusto contro eventuali errori o dissipazioni, che sono invece una piaga per altri metodi che tentano di creare per esempio dei computer quantistici”.

Gli studi dei tre fisici, cominciati tra gli anni ’70 e ’80, sono stati fondamentali per la comprensione di molti sistemi, come ad esempio quello creato dal’effetto Hall quantistico.

Faccio ci ha parlato anche del suo contatto diretto con queste teorie, visto che lavora nel campo dell’ottica: “Queste scoperte premiate con il Nobel hanno avuto un impatto notevole. Le stesse idee e gli stessi concetti geometrici legati alla topologia possono essere realizzati in ottica con fasci laser. Ci sono molte applicazioni anche qui, legate alla comunicazione ottica e a sistemi per computer della prossima generazione”.

Ieri in molti hanno parlato dell’importanza di queste ricerche in un campo come quello dei superconduttori o dei superfluidi, che diventano tali a temperature vicine a -273,15 gradi Celsius.

Le ricerche dei tre premiati: “aiutano a trovare strade alternative per l’impiego della superconduttività in alcune applicazioni particolari”, tra queste c’è sicuramente lo sviluppo di un nuovo tipo di calcolatori.

Il fisico dell’Heriot- Watt ha paragonato questo Nobel a quello dato al grafene nel 2010 ai due fisici Geim e Novoselov e a precisato che: “I dispostivi “del futuro” devono ancora essere realizzati e forse non sappiamo nemmeno esattamente che forma avranno”.

Con questo Nobel appena assegnato: “Il messaggio è chiaramente che questa è un’area della fisica in rapida espansione con implicazioni e risultati che hanno davvero cambiato lo stato della nostra conoscenza”.

Gianluigi Marsibilio

Crediti foto:(Nobelprize.org)