La ricerca scientifica è in continua evoluzione e, di tanto in tanto, emergono scoperte che sfidano le convinzioni consolidate e aprono la strada a nuove e sorprendenti applicazioni tecnologiche. Un esempio recente di questo tipo di progresso si è verificato presso l’Università di Rostock, dove un gruppo di ricercatori ha combinato la simmetria PT (Parity Time) con la topologia nei chip fotonici, sfidando le credenze precedenti riguardo ai sistemi aperti e agli isolanti topologici.
La simmetria PT e la sua importanza
La simmetria PT è un concetto che ha rivoluzionato la comprensione dei sistemi aperti. In fisica, un principio fondamentale è la conservazione dell’energia: sebbene le diverse forme di energia possano essere convertite l’una nell’altra, si presume generalmente che la quantità totale di energia rimanga costante nel tempo. Di conseguenza, i fisici tendono a garantire che il sistema che stanno cercando di descrivere non interagisca con il suo ambiente. Tuttavia, si è scoperto che la dinamica di un sistema può essere stabile anche se il guadagno e la perdita di energia sono distribuiti in modo sistematico in modo tale che si annullino a vicenda in tutte le condizioni concepibili, il che può essere garantito dalla simmetria PT. Questo principio ha aperto la strada a una comprensione più profonda dei sistemi aperti.
Le innovazioni con la simmetria PT
Il professor Alexander Szameit dell’Università di Rostock è specializzato nei fenomeni fisici associati alla simmetria PT. Nei loro chip fotonici personalizzati, la luce laser può imitare il comportamento di materiali naturali e sintetici, che sono disposti in strutture reticolari periodiche, rendendoli un banco di prova ideale per una vasta gamma di teorie fisiche. In questo modo, il professor Szameit e il suo team sono riusciti a combinare la simmetria PT con il concetto di topologia, che studia le proprietà che non cambiano nonostante il sistema sottostante venga continuamente deformato. Tali proprietà rendono un sistema particolarmente robusto contro le influenze esterne.
La topologia incontra i sistemi aperti
Fino ad ora, si pensava che gli stati di confine robusti fossero fondamentalmente incompatibili con i sistemi aperti. Tuttavia, i ricercatori di Rostock, Würzburg e Indianapolis hanno dimostrato che il paradosso apparente può essere risolto distribuendo dinamicamente guadagno e perdita nel tempo. La luce che si propaga lungo il confine del loro sistema aperto è paragonabile a un escursionista che attraversa un terreno montuoso: nonostante tutti gli alti e bassi, finirà inevitabilmente alla stessa elevazione del punto di partenza. Allo stesso modo, la luce che si propaga all’interno del canale di confine protetto del loro isolante topologico simmetrico PT non verrà mai amplificata o smorzata esclusivamente, e quindi può mantenere la sua ampiezza media godendo della piena robustezza offerta dalla topologia.
Nuove scoperte negli isolanti topologici e nei sistemi aperti
Queste scoperte sono un contributo importante alla comprensione fondamentale degli isolanti topologici e dei sistemi aperti e potrebbero aprire le porte a una nuova generazione di circuiti avanzati per l’elettricità, la luce o addirittura le onde sonore.
