I fisici vedono per la prima volta gli atomi di un cristallo invertire la rotazione

Metti in rotazione gli atomi di un cristallo in un verso, cedi quel moto a una seconda vibrazione interna, e la rotazione può uscirne girando dall’altra parte. I fisici hanno ora osservato la cosa direttamente dentro un solido per la prima volta, cogliendo l’istante in cui il momento angolare del reticolo si è invertito passando tra due delle vibrazioni proprie del cristallo.

Il gruppo descrive il risultato con un’aritmetica volutamente strana: 1 + 1 = −1. Due rotazioni rivolte nello stesso verso si sono combinate e ne hanno prodotta una che girava al contrario. Nei conti non si è rotto nulla, perché la rotazione mancante è stata portata via altrove nel sistema, ma l’effetto locale è il tipo di inversione che l’intuizione non concede.

L’oggetto in questione è il seleniuro di bismuto, un cristallo già apprezzato in fisica per il suo insolito comportamento di superficie. Qui conta il suo meccanismo interno. Gli atomi in un solido non sono fermi: si agitano secondo schemi coordinati chiamati vibrazioni del reticolo, e alcuni di questi schemi possono trasportare una rotazione, un minuscolo momento angolare immagazzinato che di solito resta ben contabilizzato.

Letture consigliateUn granello di metallo da 10 mila atomi è stato tenuto in due posti contemporaneamente

Per vederlo muoversi, il gruppo ha dovuto spingere forte e guardare in fretta. Ha sparato impulsi laser al terahertz ultra-intensi per costringere una vibrazione a un moto circolare e rotatorio, poi ha usato un secondo impulso ultraveloce per osservare cosa accadeva quando quella rotazione si accoppiava a una vibrazione vicina. L’inversione è comparsa nel modo in cui il secondo impulso tornava indietro.

L’interesse non sta nel trucco, ma in ciò che apre. Il momento angolare intrappolato nelle vibrazioni è uno dei fili nascosti dietro il magnetismo, e seguirlo mentre salta tra le vibrazioni dà ai ricercatori una presa diretta su un processo che finora andava dedotto. Padroneggiare quella presa potrebbe diventare un modo per guidare i materiali esotici da cui dipendono le tecnologie quantistiche.

Il risultato merita per ora una lettura prudente. È stato prodotto in un cristallo specifico, sotto campi laser molto più forti di qualunque cosa dell’elettronica quotidiana, e la rotazione che si inverte è quella collettiva del reticolo, non atomi liberi che si ribaltano come biglie. Se la stessa inversione compaia in altri materiali, e se possa essere sfruttata anziché solo osservata, resta aperto.

Il lavoro, condotto da una collaborazione che riunisce l’Istituto Fritz Haber della Società Max Planck, l’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e la TU Dresden con partner a Jülich ed Eindhoven, è uscito su Nature Physics nel maggio 2026. La stessa tecnica laser che ha rivelato l’inversione è lo strumento che i gruppi puntano ora su altri cristalli, per scoprire quanto sia davvero comune la rotazione invertita.

Tag: fisica, angular momentum, condensed matter, materials science

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