grafene universo

I fisici a volte escogitano storie folli che sembrano fantascienza. Alcune si rivelano vere, come il modo in cui la curvatura dello spazio e del tempo descritta da Einstein fu infine confermata da misurazioni astronomiche.

In un nuovo articolo su Physical Review Research, il collega JQI Victor Galitski e lo studente laureato JQI Alireza Parhizkar hanno esplorato la possibilità che la nostra realtà sia solo la metà di una coppia di mondi interagenti.

Il loro modello matematico può fornire una nuova prospettiva per esaminare le caratteristiche fondamentali della realtà, incluso il motivo per cui il nostro universo si espande e come ciò si collega alle lunghezze più minuscole consentite nella meccanica quantistica. Questi argomenti sono cruciali per comprendere il nostro universo e fanno parte di uno dei grandi misteri della fisica moderna.

I due scienziati si sono imbattuti in questa nuova prospettiva mentre stavano esaminando la ricerca su fogli di grafene: singoli strati atomici di carbonio in uno schema esagonale ripetuto. Si sono resi conto che gli esperimenti sulle proprietà elettriche di fogli impilati di grafene hanno prodotto risultati che sembravano piccoli universi e che il fenomeno sottostante potrebbe generalizzare ad altre aree della fisica.

“Pensiamo che questa sia un’idea entusiasmante e ambiziosa“, afferma Galitski, che è anche professore di Fisica Teorica presso il Dipartimento di Fisica della Cattedra Chesapeake.

Sembra fantascienza, ma è pura matematica e scienza

Le eccezionali proprietà elettriche del grafene e la possibilità di avere un gemello derivano dalla fisica speciale prodotta da schemi chiamati motivi moiré. I motivi moiré si formano quando due motivi ripetuti, dagli esagoni degli atomi nei fogli di grafene alle griglie degli schermi delle finestre, si sovrappongono e uno degli strati viene attorcigliato, sfalsato o allungato.

Gli schemi che emergono possono ripetersi per lunghezze che sono vaste rispetto agli schemi sottostanti. Nelle pile di grafene, i nuovi modelli cambiano la fisica che si manifesta nei fogli, in particolare i comportamenti degli elettroni.

Nel caso speciale chiamato “grafene ad angolo magico“, il motivo moiré si ripete su una lunghezza che è circa 52 volte più lunga della lunghezza del motivo dei singoli fogli e il livello di energia che governa i comportamenti degli elettroni diminuisce precipitosamente, consentendo un fenomeno che si chiama superconduttività.

Galitski e Parhizkar si resero conto che la fisica poteva essere reinterpretata in universi bidimensionali in cui gli elettroni ci saltellano occasionalmente. Ciò ha ispirato la coppia a generalizzare la matematica da applicare a universi costituiti da un numero qualsiasi di dimensioni, inclusa quella quadridimensionale, e a esplorare se un fenomeno simile derivante da modelli moiré potesse apparire in altre aree della fisica.

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