Un cristallo “impossibile” sta cambiando ciò che sappiamo della realtà

Scoperti negli anni ’80, i quasicristalli hanno stravolto le conoscenze della cristallografia. A differenza dei cristalli convenzionali, non seguono schemi periodici, ma mostrano un ordine senza ripetizione, suggerendo che le loro strutture derivino da dimensioni superiori.

Oggi, nuove ricerche confermano che le loro proprietà meccaniche, termodinamiche e persino temporali dipendono da principi fisici più profondi, sfidando il nostro modo di concepire lo spazio e il tempo.

Una scoperta rivoluzionaria: l’ordine senza ripetizione

Nel 1982, il professor Dan Shechtman scoprì il primo cristallo quasi periodico, guadagnandosi il Nobel per la Chimica nel 2011.

A differenza dei cristalli tradizionali, i quasicristalli:

• Non seguono schemi ripetitivi come i reticoli convenzionali.
• Mostrano una simmetria vietata nei cristalli classici, come la simmetria pentagonale.
• Sono proiezioni tridimensionali di strutture periodiche in spazi a quattro o più dimensioni.

Inizialmente accolte con scetticismo, le sue teorie furono confermate dai fisici Dov Levine e Paul Steinhardt, che dimostrarono come queste strutture potessero essere descritte matematicamente in spazi iperdimensionali.

Dimensioni superiori e proprietà topologiche

Secondo ricerche pubblicate su Science, le proprietà dei quasicristalli non possono essere comprese solo osservando la loro struttura tridimensionale.

Gli esperimenti hanno dimostrato che:

• Le loro proprietà topologiche dipendono dalle loro origini dimensionali superiori.
• L’ordine dei quasicristalli è una proiezione di schemi periodici da uno spazio a più dimensioni.
• Non è possibile distinguere diverse disposizioni di quasicristalli senza considerare questa struttura sottostante.

Questo conferma le teorie del Nobel Sir Roger Penrose, che aveva previsto la possibilità di strutture simili nella geometria e nella fisica teorica.

Comportamenti temporali e nuove implicazioni fisiche

Un aspetto sorprendente delle ultime ricerche è il comportamento temporale dei quasicristalli.

Gli scienziati hanno osservato che:

• Diverse configurazioni topologiche delle onde di superficie risultano indistinguibili dopo intervalli estremamente brevi, dell’ordine degli attosecondi (10⁻¹⁸ secondi).
• Questo suggerisce un’interazione profonda tra tempo, topologia e termodinamica, indicando la presenza di fenomeni ancora sconosciuti nella fisica dei materiali.

Nuove frontiere nella scienza dei materiali

Utilizzando strumenti avanzati come:

• Microscopia ottica a scansione in campo vicino,
• Microscopia elettronica a fotoemissione a due fotoni,

i ricercatori stanno aprendo nuove strade per studiare i quasicristalli e il loro potenziale applicativo.

Le implicazioni di queste scoperte potrebbero portare a:

• Materiali super resistenti e leggeri, con proprietà meccaniche uniche.
• Nuove tecnologie quantistiche, sfruttando la loro connessione con fenomeni temporali e topologici.
• Innovazioni nei semiconduttori, grazie alla loro risposta alle onde elettromagnetiche.

Un nuovo paradigma scientifico?

I quasicristalli non sono solo un’anomalia della natura: stanno ridefinendo le nostre conoscenze su spazio, tempo e materia.

Comprendere il loro funzionamento potrebbe aprire nuove prospettive sulla fisica quantistica, la teoria delle dimensioni superiori e le applicazioni tecnologiche del futuro.

Foto di Ben Wicks su Unsplash