Dimenticate la classica tripartizione della materia, divisa tra solida, liquida e gassosa. Esiste infatti un quarto stato. A dirlo è il fisico Cristiano Nisoli, 47enne brignanese, che recentemente ha fatto questa straordinaria scoperta negli States.

Il quarto stato della materia

La scoperta è arrivata dagli Stati Uniti. Nisoli, originario di Brignano, ormai da dieci anni si trova nel New Mexico. Lavora al Los Alamos national laboraty,istituito 75 anni fa per creare la prima bomba atomica. “Lavoro a diverse cose. In parte a lavori programmatici per il laboratorio – ha spiegato Nisoli – ed in parte alla mia ricerca personale. Quest’ultima verte su materiali nanomagnetici frustrati. Si tratta di una collaborazione col gruppo di Peter Schiffer all’università di Yale. Io faccio la teoria, loro fanno gli esperimenti. Abbiamo iniziato la collaborazione nel 2005, nel 2006 abbiamo pubblicato il primo risultato su Nature, che é stato messo in copertina. Da allora abbiamo lavorato insieme di continuo”.

La frustrazione, alla base della scoperta

Un concetto fondamentale per la fisica è la frustrazione. Concetto molto simile a quello che si può vivere quotidianamente. Ed è grazie a ciò, che Nisoli è giunto alla sorprendente scoperta. “La frustrazione in fisica è un insieme di costrizioni che non possono essere soddisfatte tutte assieme – ha spiegato – Non c’è, cioè, uno stato ottimale unico che le soddisfi, ma un insieme di compromessi. Quando i compromessi possibili sono tanti e tutti più o meno equivalenti in termini di costi ciò genera disordine, cioè tante possibilità diverse. In realtà se ci pensi l’intera società è basata sulla frustrazione, se esistessero sempre soluzioni perfette ed ideali non ci sarebbe più dinamica sociale, ma solo stati statici corrispondenti a quelle soluzioni ottimali“. Il gruppo di studiosi usa questo concetto di frustrazione per creare materiali che restano disordinati anche a basse energie. In genere se si riduce l’energia di un sistema disordinato (se si abbassa la temperatura), questo alla fine si cristallizza, cioè forma uno stato ordinato che minimizza l’energia. Ma se il sistema è frustrato, allora non riesce a trovare uno stato ordinato, perché se si sistema “bene” rispetto ad alcuni vicini, rimane sistemato “male” rispetto ad altri.

Il ghiaccio di spin

Il gruppo di Nisoli ha lavorato in queste condizioni. I ricercatori hanno utilizzato dei nanomagneti artificiali (tecnicamente detti ghiacci di spin). Questi hanno la particolarità di modificare la direzione a seconda dei cambiamenti di temperatura. Solitamente, se la temperatura si abbassa rapidamente, l’energia del sistema cala. Durante gli esperimenti, invece, è rimasta intrappolata. E’ un comportamento atipico, che viola alcuni principi della termodinamica. Alcune costrizioni hanno “bloccato” il sistema, qualcosa che non si era mai registrato in sistemi  classici (cioè grossi e con più energia), solo in quelli quantistici. Ecco perché si può parlare di un quarto stato della materia, perché è la prima volta che si registra qualcosa di diverso dai classici sistemi.

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Un disordine ordinato

Dagli esperimenti condotti si può parlare a tutti gli effetti di un “disordine ordinato”.”E’ un sistema che se lo guardi localmente ti pare disordinato – ha commentato lo scienziato – ma se lo guardi collettivamente vedi che ci sono delle regole generali che valgono. Il sistema presenta molti stati alla stessa energia, ma non può esplorarli senza creare eccitazioni. Queste eccitazioni non le vedi se guardi al materiale come composto di magneti disordinati, devi fare una trasformazione matematica che te lo trasforma in un altro sistema. Ed ecco che, per esempio, riducendo la temperatura l’energia del sistema non si abbassa, come uno invece si aspetta dalla termodinamica. Questo stato di disordine ordinato è interessante perché viola diverse assunzioni fatte in termodinamica“.

Dalla Bassa agli States

Insomma un grande traguardo per tutta la comunità scientifica, giunto dalle campagne della Bassa. Nisoli da sempre coltiva tantissimi interessi; dall’arte, alla musica, passando dalla letteratura. “La scienza è solo uno di essi, ed è quello che mi dà uno stipendio – ha commentato Nisoli – Della scienza mi piace soprattutto l’aspetto creativo. E’ bello sedersi con una matita e dei fogli bianchi e cercare di risolvere un problema, di capire cosa significano i risultati di un esperimento, o di inventare qualcosa di nuovo. E’ sempre molto eccitante quando inizi, faticoso subito dopo, snervante per un bel pezzo, finché arriva il risultato… se arriva.” Sebbene il fascino degli States sia forte, a Nisoli manca sempre un po’ il paese natale dove torna sempre volentieri. E se gli si chiede quale sia l’obiettivo della sua vita, non ha dubbi. ” Fare felici le mie figlie e lasciare un ricordo decente quando muoio”.