Lo zero assoluto (-273.16°C, 0 Kelvin), è sempre stato visto come un limite teorico invalicabile, al di sotto del quale era impossibile scendere. Nella pratica, però, esiste uno strano mondo delle temperature negative, a cui da poco è stato possibile accedere nella pratica e che potrebbe rivelare nuovi stati della materia.
La temperatura è definita dal modo in cui l'aggiunta o la sottrazione di energia si riflette nell'aumento del disordine, o entropia del sistema. Nel campo delle temperature positive, l'aggiunta di energia provoca un aumento nell'entropia: per esempio, riscaldando un pezzo di ghiaccio ottengo dell'acqua liquida, un sistema a maggior disordine, e quindi a maggior entropia, del precedente. Sottraendo energia dal sistema ci si avvicina sempre più allo zero assoluto, dove l'energia e l'entropia del sistema sono ai livelli minimi.
I sistemi a temperatura negativa, invece, mostrano il comportamento opposto: l'aggiunta di energia riduce la loro temperatura. Ma non sono freddi nel senso tradizionale del termine, con il flusso di calore che fluisce verso di loro da sistemi a temperature positive. Infatti, i sistemi a temperatura assoluta negativa contengono più atomi in stati di alta energia di quanto sia possibile anche alle più calde temperature positive, così che il flusso di calore fluisce sempre da questi sistemi a quelli a sopra gli 0 Kelvin.
Creare sistemi a temperature negative per scoprire le caratteristiche di questo mondo bizzarro è piuttosto difficile. Questo obiettivo non può certamente essere raggiunto raffreddando l'oggetto oltre lo zero assoluto, ma è comunque possibile saltare direttamente da temperature assolute positive a temperature assolute negative.
Questo è già stato fatto in alcuni esperimenti, in cui dei nuclei atomici sono stati immersi in un campo magnetico e, come delle piccole barre magnetiche, si sono allineati al campo. Poi improvvisamente il campo è stato invertito, lasciando per un istante i nuclei allineati nel verso opposto e quindi nello stato a maggiore energia. Mentre erano in questo stato, i nuclei si sono comportati come se si trovassero a temperature negative, prima di girarsi e ritrovarsi quindi paralleli al campo magnetico.
Ma recentemente è stato introdotta un'altra metodologia d'indagine: in primo luogo, sono stati utilizzati dei laser per tenere degli atomi in una sorta di sfera a tenuta stagna, formando un sistema altamente ordinato e quindi a bassa entropia. Successivamente, altri laser sono stati puntati tra di loro formando una matrice di luce detta reticolo ottico, la quale circondava la sfera di atomi con una serie di "pozzi" a bassa energia.
La prima serie di laser viene poi regolata per spingere e separare gli atomi nella palla, mettendoli in uno stato di equilibrio instabile come fossero sulla vetta di una montagna pronti a rotolare a valle.
Il reticolo agisce però come una sorta di fessure nel fianco della montagna, le quali si oppongono alla "caduta" degli atomi. In questo stato, eliminando parte dell'energia potenziale degli atomi, e lasciandoli rotolare via gli uni dagli altri, si dovrebbe ottenere uno stato a maggior disordine, la definizione stessa di sistema a temperatura negativa.
Gli scienziati suggeriscono un modo per verificare che l'esperimento creerebbe delle temperature negative: dal momento che gli atomi nello stato negativo di temperatura hanno energie relativamente alte, dovrebbero muoversi più velocemente quando rilasciati dal reticolo rispetto a quanto farebbero nella nube di atomi a temperatura positiva.
Usando una combinazione di laser e campi magnetici, gli atomi dell'esperimento potrebbero attrarsi o respingersi l'un l'altro in un range di diverse distanze. Questo fatto potrà essere usato per esplorare e creare nuovi stati della materia e "giocare" in ambiti non siamo abituati. E' ancora un territorio inesplorato e potrebbe contenere alcune sorprese.
fonte: Newscientist
Nessun commento:
Posta un commento