Siamo abituati a pensare alla luce come a qualcosa capace di fornire energia, riscaldare la materia o mettere in movimento le particelle. Un nuovo esperimento ha però mostrato un comportamento opposto e decisamente sorprendente che usava la luce agire come un freno.
Più aumentava l’intensità luminosa, più diminuiva la loro libertà di movimento (a che velocità viaggia la luce?).
La luce rallenta i nanotubi fluorescenti
Un gruppo di ricercatori guidato dalla Ruhr-Universität Bochum, in Germania, ha osservato che minuscoli nanotubi fluorescenti immersi nell’acqua si muovevano più lentamente quando venivano illuminati. I nanotubi utilizzati erano costituiti da una rete di carbonio e avevano dimensioni circa 100.000 volte inferiori allo spessore di un capello umano.
Gli scienziati li hanno sospesi singolarmente in una soluzione acquosa, analizzandone la diffusione attraverso il liquido. Sotto la luce, le strutture sembravano improvvisamente circondate da un fluido più denso, anche se le proprietà dell’acqua non erano cambiate. Secondo lo studio, pubblicato su Nature, questo rallentamento sarebbe dovuto almeno in parte alla cosiddetta frizione quantistica.
Cos’è la frizione quantistica
A differenza dell’attrito tradizionale, prodotto dal contatto tra due superfici, la frizione quantistica nasce dall’interazione tra cariche elettriche fluttuanti. Quando i nanotubi vengono illuminati, al loro interno si formano gli eccitoni, coppie composte da un elettrone e dalla “lacuna” lasciata nella sua posizione originaria.
Queste eccitazioni si muovono lungo il nanotubo e interagiscono con le molecole d’acqua circostanti, trasferendo una quantità minuscola ma misurabile di quantità di moto. Il risultato è una resistenza superficiale che rallenta l’intera struttura.
La conferma sperimentale
La conferma è arrivata osservando nanotubi dotati di difetti capaci di ostacolare il movimento degli eccitoni. In quei campioni, l’effetto frenante scompariva quasi completamente. Questo suggerisce che sia proprio la mobilità delle eccitazioni elettroniche a generare lo scambio con l’ambiente esterno. Per studiare il fenomeno, il gruppo ha utilizzato anche la spettroscopia terahertz, una tecnica che permette di seguire il movimento e l’energia delle molecole su scale estremamente ridotte.
Possibili applicazioni future
La scoperta mostra quanto il confine tra la fisica dei solidi e quella dei liquidi diventi sfumato nel mondo quantistico. Soprattutto, suggerisce che l’attrito tra un materiale e un liquido potrebbe essere controllato semplicemente regolando la luce. In futuro, questa capacità potrebbe serviree per guidare nanorobot all’interno di fluidi, rallentare o accelerare particelle microscopiche e modificare con grande precisione lo svolgimento di alcune reazioni chimiche.
E se la velocità della luce fosse molto più lenta? Un videogioco mostra l'assurdo.
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