Cos'hanno in comune i buchi neri e gli elettroni? Cosa accomuna una tra le più grandi strutture dell'universo e una delle più piccole? Ricercatori della Università dell'Illinois hanno dimostrato che i buchi neri carichi possono essere utilizzati per modellare gli elettroni interagenti nei sistemi superconduttori non convenzionali.
La superconduttività è una proprietà di alcuni materiali di condurre corrente elettrica con una resistenza nulla; l'origine della superconduttività della ceramica di ossido di rame, rimane attualmente uno dei più grandi problemi della fisica. A differenza dei vecchi superconduttori, tutti metalli, questa nuova specie di superconduttori nascono come isolanti; nello stato isolante dei materiali ad ossido di rame, ci sono molti spazi a disposizione degli elettroni per saltare, ma ciononostante non scorre alcuna corrente. Un tale stato della materia, chiamato isolante di Mott, nasce dalla forte repulsione che si attiva tra gli elettroni; in pratica, questi materiali sono conduttori sulla carta, ma in realtà si comportano da isolanti.
A questo punto si può introdurre la teoria delle stringhe, la quale cerca di descrivere le forze fondamentali della natura, compresa la gravità, e le loro interazioni con la materia attraverso una costruzione matematica completa. Circa 14 anni fa, un fisico teorico di nome Maldacena. ha congetturato che alcuni sistemi quantistici fortemente interagenti potrebbero essere descritti dalla meccanica classica in uno spazio-tempo con una curvatura costante negativa. La carica del sistema quantistico sarebbe rimpiazzata da un buco nero carico nello spazio-tempo curvo, in modo tale che la geometria dello spazio tempo si sposi con la meccanica quantistica.
Gli scienziati si sono quindi chiesti se fosse possibile mettere a punto una teoria della gravità che imitasse un isolante di Mott; hanno quindi iniziato a ragionare sulla mappatura Maldacena e hanno creato un modello per gli elettroni in moto in uno spazio-tempo curvo e in presenza di un buco nero carico. Tale modello presenta almeno due delle caratteristiche dei superconduttori ad alta temperatura:
- la presenza di una barriera per il moto dell'elettrone nello stato di Mott
- lo strano regime metallico in cui la resistività elettrica è funzione lineare della temperatura, anzichè variare con il quadrato come nei normali metalli.
Questo lavoro rappresenta il primo caso di una soluzione essenzialmente esatta del problema di Mott, nel caso bidimensionale, che è anche la dimensione rilevanti per i superconduttori ad alta temperatura.
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