La meccanica quantistica ci ha ormai abituato a fenomeni davvero strani e controintuitivi: il paradosso di Schrödinger, per esempio, o la possibilità che particelle lontanissime “parlino” tra loro in modo istantaneo, o addirittura il fatto che il tempo possa essere solo un’illusione e che non esista alcuna realtà oggettiva. Quanto ha a mala pena scoperto un gruppo di scienziati di diversi atenei statunitensi, tra cui Harvard, Cambridge, Princeton e Columbia University, cade per l’appunto nell’insieme di queste stramberie: come raccontano in un articolo pubblicato sulla rivista Physical Review X, gli esperti hanno infatti scoperto (o la parte migliore: confermato sperimentalmente) una particella (o la parte migliore: una quasi-particella) che ha massa solo se si muove in una certa direzione. Altrimenti, niente.
Quasi-particelle?
Chiariamo anzitutto, per quanto possibile, cosa sia una quasi-particella. Sostanzialmente, si tratta di un’entità “fittizia”, un concetto usato nella fisica della materia condensata per descrivere fenomeni collettivi che si comportano “come se” fossero particelle a tutti gli effetti, ma non lo sono. Con questa definizione, i fisici riescono a semplificare, comprendere e modellizzare più facilmente il comportamento complesso di sistemi con molti componenti interagenti tra loro, tra cui per esempio elettroni, atomi e molecole. In generale, le quasi-particelle emergono infatti da interazioni collettive all’interno di un sistema: si pensi per esempio a un cristallo (si intende per cristallo una struttura solida i cui componenti elementari hanno una distribuzione spaziale geometricamente regolare, e sono disposti sul cosiddetto reticolo cristallino) all’interno del quale gli elettroni si muovono in risposta al campo esterno e anche interagendo con gli atomi del reticolo e con altri elettroni; queste interazioni possono essere descritte come se si trattasse di una nuova entità, con proprietà simili a quelle di una particella vera. Per continuare nell’analogia, alle quasi-particelle sono attribuite proprietà definite per le particelle vere, tra cui energia, momento, spin e (per l’appunto) massa. Si deve pensare a una quasi-particella, insomma, come a una scorciatoia teoria per rappresentare e comprendere il comportamento collettivo della materia.
Cosa vuol dire “massa”
Dicevamo, per l’appunto, della massa. Generalmente, con la parola “massa” si intende una proprietà delle particelle legata alla loro energia e alla loro resistenza al movimento. Nel caso delle quasi-particelle, per “massa” si intende la loro risposta a una forza loro applicata: ma mentre le “normali” quasi-particelle hanno la stessa massa indipendentemente dalla direzione in cui si muovono, quella oggetto dello studio in questione, che si chiama semi-fermione di Dirac segue invece un’altra regola. È stata individuata all’interno di un cristallo semimetallico di solfuro di silicio e zirconio, un materiale ritenuto molto interessante nel campo della fisica dello stato solido perché dotato di proprietà uniche, tra cui una conduzione altamente anisotropa (ossia diversa nelle varie direzioni), raffreddato a una temperatura di -269 °C, a mala pena quattro gradi sopra lo zero assoluto e, per l’appunto, ha l’incredibile proprietà di avere una massa solo se si muove in una determinata direzione. La cosa era stata predetta teoricamente ma mai osservata direttamente, almeno fino a oggi.
