La possibilità che due elettroni possano accoppiarsi creando un legame nonostante le mutua repulsione elettrostatica è conosciuta da tempo. Si tratta di uno stato alla base della superconduttività, uno stato fisico quantistico che comporta resistenza elettrica nulla ed espulsione del campo magnetico. Essa avviene in alcuni materiali al di sotto di una caratteristica temperatura detta critica, e semplificando, al di sotto di un caratteristico valore critico del campo magnetico.
A rendere possibile questo effetto è proprio il legame che si crea tra i due elettroni previsto dalla teoria BCS. La teoria della condensazione “B.C.S.” (dalle iniziali dei nomi dei suoi ideatori: J. Bardeen, L. N. Cooper e J. R. Schrieffer) è stata una delle prime teorie microscopiche proposte per spiegare la superconduttività, e risale al 1957. Descrive la superconduttività sostanzialmente come un effetto quantistico di condensazione delle coppie di Cooper, che in questo modo si comportano come un insieme di bosoni.
Questa teoria non prevede che possano formarsi stati legati con quattro elettroni. Tuttavia nel 2004 il fisico Egor Babaev ipotizzò per primo, che sotto certe condizioni, questo speciale stato della materia possa esistere. A quasi venti anni dalla sua previsione, Babaev coordinando un gruppo di ricerca del Royal Institute of Technology di Stoccolma è riuscito a confermare sperimentalmente quanto previsto dalla sua teoria. I risultati dello studio pubblicati su “Nature Physics” hanno evidenziato l’esistenza di quartetti di elettroni all’interno di un materiale basato sul ferro.
La vera sorpresa di queste osservazioni non è stata tanto la conferma dell’esistenza di questo “quartetto” quanto il fatto che questo stato della materia violerebbe la cosiddetta “simmetria di inversione temporale”, secondo la quale invertendo matematicamente il segno del tempo le leggi della fisica restano invariate. Nel caso del quartetto di elettroni invece l’inversione temporale produce uno stato dalle caratteristiche diverse. Per comprendere l’anomalia di questo comportamento saranno necessarie ulteriori studi e sperimentazioni.
Fonti:
Le Scienze, gennaio 2022, ed. cartacea
alcune voci di Wikipedia
