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venerdì 30 marzo 2012

La coerenza degli eccitoni

Enrico Billi, mi ha segnalato cortesemente ieri notte un articolo "peer-reviewed" dove si parla della scoperta di un "nuovo" stato coerente della materia a bassa temperatura, in cui le coppie elettrone-lacuna (eccitoni) sembrano diventare fortemente correlate. Vi lascio la mia traduzione in italiano e il link all'articolo originale in inglese. Oggi mi sono ritrovato un pomeriggio libero tutto per me e ho scelto di utilizzarlo così.
Certo, queste evidenze sperimentali potrebbero fare la fine dei neutrini super-luminari di Antonio Ereditato, ma forse no. E allora un giorno magari si dirà che il buon Giuliano Preparata (1942-2000) ci aveva visto giusto, quando i tempi non erano ancora maturi per queste nuove teorie.

I fisici trovano modelli in un nuovo stato della materia

(PhysOrg.com) - I fisici dell'Università della California - San Diego hanno scoperto modelli che stanno alla base delle proprietà di un nuovo stato della materia.


Nella foto accanto, eccitoni auto-organizzati in un insieme ordinato che assomiglia a una collana di perle in miniatura.

In un articolo pubblicato nel numero del 29 marzo della rivista Nature, gli scienziati descrivono l'emergere di "coerenza spontanea", "strutture di spin" e "singolarità di fase" quando gli eccitoni -- coppie di elettroni e lacune ("holes") interagenti che determinano le proprietà ottiche dei semiconduttori e consentono loro di funzionare come nuovi dispositivi optoelettronici -- vengono raffreddati quasi allo zero assoluto. Questo raffreddamento porta alla produzione spontanea di un nuovo stato della materia coerente, che i fisici sono stati finalmente in grado di misurare in modo molto dettagliato nel loro laboratorio sotterraneo alla UC San Diego, a una temperatura appena un decimo di grado sopra lo zero assoluto.

La scoperta dei fenomeni che stanno alla base della formazione della coerenza spontanea degli eccitoni, produrrà senz'altro una migliore comprensione scientifica di questo nuovo stato della materia. Apre la strada inoltre verso nuovi "insight" sulle bizzarre proprietà quantistiche della materia e, col tempo, porterà allo sviluppo di nuovi dispositivi informatici e altre applicazioni commerciali nel campo della optoelettronica, dove la comprensione delle proprietà fondamentali della luce e della materia è necessaria.

Il gruppo di ricerca (http://www-physics.ucsd.edu/~lvbutov) è stato guidato da Leonid Butov, un professore di fisica presso la UC San Diego, che nel 2002 ha scoperto che gli eccitoni, a temperatura sufficientemente bassa, tendono ad auto-organizzarsi in un insieme ordinato di goccioline microscopiche, come una collana di perle in miniatura.


Usando un avanzatissimo sistema di refrigerazione, i fisici della UC San Diego sono stati in grado di raggiungere temperature dieci volte più fredde di quello raggiunte in precedenza, consentendo loro di misurare con un interferometro la coerenza e la rotazione di ogni perla o sferula all'interno di questa collana.

Ciò che hanno scoperto è che lo spin della particella eccitonica non è omogeneo nello spazio, ma forma modelli intorno a queste  sferule, che essi chiamano "strutture di spin". Hanno inoltre scoperto che un modello di coerenza spontanea è correlata con un modello di polarizzazione di spin e con singolarità di fase nel gas eccitonico coerente.

"È stata una sorpresa vedere questo modello", ha detto Alex High, uno studente laureato e principale autore dell'articolo. "Ed è stato ancor più sorprendente che le misure di polarizzazione abbiano dimostrato che c'è una forte correlazione tra coerenza e polarizzazione".

"Stiamo lavorando sia sulla comprensione delle proprietà di base degli eccitoni sia sullo sviluppo della elaborazione del segnale eccitonico", ha detto Butov. "La fisica degli eccitoni è interessante di per sé. Inoltre, la comprensione delle proprietà fondamentali degli eccitoni è necessaria per costruire dispositivi basati su essi in futuro. "

I fisici hanno scoperto una correlazione tra la coerenza (a sinistra) e la polarizzazione di spin (a destra) degli eccitoni.
I fisici hanno creato gli eccitoni puntando un fascio laser su dei campioni raffreddati di Arseniuro di Gallio, lo stesso materiale semiconduttore utilizzato per realizzare transistor nei telefoni cellulari.

La luce provoca l'espulsione degli elettroni dagli orbitali atomici da loro normalmente occupati all'interno del materiale. E questo crea un elettrone
"libero" di carica negativa e una lacuna ("hole") di carica positiva.

La forza di attrazione elettrica mantiene questi due oggetti vicini, come un elettrone e protone in un atomo di idrogeno. Essa consente inoltre all'eccitone di esistere come una singola "particella" piuttosto che come un elettrone e una lacuna
non interagenti. Tuttavia, poiché l'elettrone e la lacuna rimangono nelle immediate vicinanze, a volte si annichiliscono l'un l'altro in un lampo di luce, in modo simile all'annichilimento di materia e antimateria.

Per controllare questo annichilimento, Butov e il suo gruppo hanno separato gli elettroni e le loro lacune in diverse nano-strutture chiamate pozzi quantici. Questo permette la creazione di eccitoni con un tempo di vita sufficiente, circa 50 nanosecondi nell'esperimento.

"Durante questo periodo, si raffreddano, formano condensati e dimostrano interessanti caratteristiche di spin", ha detto High. "Alla fine l'elettrone e la lacuna si ricombinano e la luce torna fuori".

Nei loro esperimenti, i fisici hanno inviato tale emissione attraverso un complesso insieme di specchi chiamato interferometro, che divide la luce in due diversi percorsi. Questo ha permesso loro di confrontare due regioni spazialmente separate dello stesso campione, mettendoli in grado di vedere negli eccitoni minuti dettagli di coerenza spontanea mai visti prima.

"Precedenti esperimenti richiedevano fibre ottiche per fare qualsiasi tipo di misure ottiche in un refrigeratore a diluizione", ha detto High. "Ma con questa apparecchiatura si può effettivamente fotografare gli eccitoni a temperature estremamente basse."

"Si tratta di una scoperta molto interessante," ha aggiunto. "C'è di mezzo una fisica molto promettente."

Fornito dalla University della California - San Diego (news: web)

21 : commenti:

Enrico Maria Podestà ha detto...

Nuove affermazioni...

http://www.greenstyle.it/e-cat-limpianto-da-1-mw-sara-presto-aperto-al-pubblico-negli-usa-8577.html 

Magna Billo ha detto...

Eccitoni? Non sanno più che inventà. Queste particelle saranno mediate dai viagroni?

22passi ha detto...

E che dire dei pomicioni?! :)

Enrico Billi ha detto...

Eccitoni non e' niente... considerando i nomi degli ultimi due quark che hanno scoperto "Top" e "Bottom", letteralmente tette e culo...

BarneyP ha detto...

Si, ma il nesso con le LENR/L'E-Cat/la scienza osee non mainstream... ando' sta? 

Barney

22passi ha detto...

Sbaglierò, ma dalle mie parti questo si chiama provocare... :-)

22passi ha detto...

Per non parlare degli erotoni... le particelle che mediano l'attrazione sessuale! :D

bertoldo2 ha detto...

 http://www.mathematik.tu-darmstadt.de/~bruhn/zwoelf005.png una immagine che si può associare a questi eccitoni  ?

tommaso di pietro ha detto...

 Dovemo ride o so' facoltative...?:-D

22passi ha detto...

Facoltative? Le risate intendi...?
No, no, stai tranquillo: sono più che facoltative, sono rigorosamente sconsigliate a chi è privo di ironia.

gianni mnemonic ha detto...

Ho parlato degli eccitoni a mia moglie.....non capiva.......alla fine le ho dovuto fare uno schizzo. Speriamo che queste particelle non abbiano scatenato la fusione che non ho più posto in casa :)
W l' e-cat

Giancarlo Tortuga ha detto...

Per cominciare, quello che possiamo sottolineare è l'IMPORTANZA DELLA RICERCA PURA (più che delle tecnologie applicate). Improvvisamente compaiono all'orizzonte nuove proprietà fisiche che potrebbero giustificare certi inattesi comportamenti di atomi (fusioni nucleari o LENR a temperature che non le dovrebbero permettere, diversificazione nel comportamento degli atomi quando sono sotto forma di denso reticolo cristallino e non di gas, strani comportamenti della materia quando viene eccitata da radiofrequenze che sono in particolare risonanza con una determinata reazione, ecc.).
In Italia c'era chi voleva "sparare" più di 60 MILIARDI di EURO in 12 reattori nucleari da fissione da 5 MILIARDI l'uno, (ossia costruendo un'applicazione della scienza degli anni 40 agli 80 del passato secolo), e in un periodo tra 8 e 12 anni si sarebbe vista l'energia prodotta da questi reattori (Ma per più di 300 anni ci saremmo sorbirti le scorie "calde" e per 10.000 quelle "fredde"). Improvvisamente arrivano buone notizie dal fronte delle energie "alternative": efficientissimi pannelli solari a riverberazione (che catturano la luce "sussurrata"), possibilità di associare i pannelli solari al riscaldamento solare aerotermico (ricuperando anche 500 Watt di calore per metro quadro).
In quanto all'E-Cat (che spero vivamente e credo che funzioni) il COP che viene dichiarato per gli impianti tra poco in commercio è inferiore ai CESTI GEOTERMICI che ad esempio estraggono il calore attorno alle FOGNE (che hanno una temperatura media superiore ai 30 gradi centigradi !).

Daniele Passerini (22passi) ha detto...

@tutti
Commenti di default riattivati, si torna al box commenti di prima. :-)

Tizzboom ha detto...

Test (non vedo la casella per l'iscrizione, e` diventata automatica?)

nemo ha detto...

Gli eccitoni... quel che resta quando un elettrone è strappato dalla sua 'orbita'?

nemo ha detto...

Se corro intorno a casa quando piove lascerò delle impronte nell'acqua che si richiuderanno rapidamente nascondendo le tracce del mio passaggio. Se però fa molto freddo invece di piovere nevicherà e correndo lascerò le tracce sulla neve che resteranno visibili a lungo.

Mi chiedo:

1) ho capito bene?

2) non è che hanno fotografato ... l’etere... :-)

Paul ha detto...

Non so se è OT, in quanto non c'entra niente con gli eccitoni...
In questo link c'è tutto JoNP in una sola pagina, aggiornato ogni dì.

Velocemente si possono sempre leggere le ultime notizie direttamente da Rossi:

http://www.rossilivecat.com/all.html

A proposito: in quale post si può parlare di E-Cat?

bertoldo ha detto...

vi sembra somigliante ?

Collegamento più visibile ora ?

Daniele Passerini (22passi) ha detto...

@Paul
Ci dimentichiamo sempre, io in primis, che questo è un blog non un forum... sto adeguando il regolamento, che alla fine si riassume in un solo punto: chi ha più giudizio lo usi! :)

nemo ha detto...

Se Maometto non va alla montagna, la montagna va da Maometto

In occasione della dimostrazione di Rossi del 16 gennaio ’11, Francesco Celani misurò picchi di radiazione gamma sia all’inizio che alla fine del test.

Tra tutto ciò che ho visto, ascoltato e letto della vicenda e-cat questa è la cosa che mi ha maggiormente colpito.

Era come se arrivati a certi livelli di energia tipici, si manifestasse il fenomeno per poi scomparire non appena superati. Era un comportamento simile ad un onda di marea.

Ora da quello che Daniele ha riportati in questo post, l’ho riassunto con questo analogia:

Se corro intorno a casa quando piove lascerò delle impronte nell'acqua che si richiuderanno rapidamente nascondendo le tracce del mio passaggio. Se però fa molto freddo invece di piovere nevicherà e correndo lascerò le tracce sulla neve che resteranno visibili a lungo.

Immaginiamo che esista un continuum, che potremmo anche chiamare etere, di origine bosonica, che sia ‘il mezzo materiale‘ di propagazione della luce.

Vorrei subito sottolineare che sebbene la relatività speciale spieghi i fenomeni elettromagnetici senza etere, non esclude però la possibilità della sua esistenza. In altre parole non ci sono leggi fisiche che ne vietino l’esistenza.

Le buche di potenziale, gli eccitoni, null’altro sarebbe che l’impronta della materia fermionica lasciata nell’etere.

immaginiamo ancora che alle nostre temperature, l’etere si comporti come l’acqua.

Cosa accade se queste buche di potenziale all’interno del reticolo, opportunamente sollecitate vengano deformate tanto da riuscire a catturare un protone all’esterno del nucleo e trascinarlo al suo interno?

Potremmo proprio considerarlo come un’onda di marea che risucchia letteralmente il protone all’interno del nucleo.

Questo ad oggi, è l’unico modello che sono riuscito ad immaginarmi in grado di superare la barriera columbiana senza dover ricorrere alla teoria di W&L.

Vorrei citare ciò che ho letto recentemente a proposito del modello nucleare, tratto dalle lezioni di Enrico Fermi:

Il modello a strati, che Fermi indica come “orbit model of the nucleus”, viene introdotto fenomenologicamente con una chiara giustificazione delle “orbite nucleari”, un argomento di non facile digestione da parte degli studenti, vista la “compattezza” dell’edificio nucleare che, tra l’altro, giustifica il concetto di modello a goccia. Eccola:
“Questo modello descrive il nucleo in termini di orbite nucleoniche in modo all’incirca simile alla descrizione dell’atomo in termini di orbite elettroniche.
Il modello orbitale `e valido se le collisioni sono abbastanza rare, cosicch`e un nucleone possa muoversi attraverso il nucleo senza collisioni. Questa condizione a prima vista non sembra essere soddisfatta in un nucleo poich`e a 20 MeV la sezione d’urto di diffusione n-p `e dell’ordine di 0,3 barn e, per la nota densita` dei nucleoni, il cammino libero medio `e soltanto circa 1/3 del raggio nucleare. Tuttavia, vi sono due fattori che sono ignorati da questi calcoli ed essi rendono l’ipotesi orbitale non tanto inattendibile:
1- Quando un nucleone ne incontra un altro si trova ad attraversare una buca di potenziale. Se il nucleone incontra altri nucleoni ravvicinati tra loro, le buche di potenziale possono essere talmente ravvicinate da sovrapporsi e dar luogo ad un unico potenziale approssimativamente uniforme.
2 - Il nucleo `e un sistema degenere in cui gli stati di piu` bassa energia sono, per la maggior parte del tempo, occupati. Una collisione tra nucleoni puo` avvenire solo se essa risulta nel trasferimento di entrambi i nucleoni in stati vuoti. Il principio di esclusione di Pauli impedisce a due nucleoni della stessa specie di occupare lo stesso stato”.

nemo ha detto...

Qualche giorno fa scrivevo su facebook:

‎1/r^0 diventa importante se imponi che tra due punti di un reticolo non esista materia femionica e spazio (che coincide con la materia).

Immaginiamo il nulla eterno, fatto solo di oscurità ed in totale assenza di radiazione e materia, esteso ovunque e continuo. Io lo chiamo campo crononico.

Generiamo una particelle e immergiamole nel campo. dividila. ora queste particelle sono correlate. dividendole disegni una linea ‘immaginaria’ nel campo. questa linea del campo diventa il solo campo che abbia significato per le due particelle, perché al mutamento dell’una potrai fare corrispondere un mutamento corrispondente della seconda. le vibrazione, fluttuazioni che puoi aver generato nel campo non potranno influenzare alcunché per il solo fatto che altro non esiste. Il campo fisico delle due particelle è quindi solo una linea.

Ora allo stesso modo creiamo un reticolo. allo stesso modo le altre particelle del reticolo saranno mutualmente influenzate lungo gli spigoli, con una differenza però. Le facce racchiuse dalle linee di campo, sono anch’esse campo crononico. ora il campo interagisce con se stesso, la radiazione. Gli spigoli sono il confine di due superfici, facce, tra loro ortogonali. Non mi sorprende quindi che il campo magnetico ed elettrico siano ortogonali e che possano scambiarsi i ruoli in funzione dell’osservatore.
24 marzo alle ore 7.36 · Mi piace

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