Un materiale al manganese riproduce il comportamento degli assioni
Un team di scienziati dell’Università di Harvard ha realizzato una scoperta sorprendente: all’interno di un foglio ultrasottile di tellururo di manganese bismuto, è stato osservato un comportamento che imita quasi perfettamente quello degli assioni, le ipotetiche particelle subatomiche candidate ideali per spiegare la materia oscura. Lo studio è stato pubblicato il 16 Aprile 2025 su Nature e rappresenta un passo significativo nella comprensione della fisica fondamentale.
Come nasce una quasiparticella di assione
L’assione, teorizzato per la prima volta nel contesto della teoria di Peccei-Quinn per risolvere il problema della simmetria CP nella cromodinamica quantistica, non è mai stato rilevato direttamente. Tuttavia, la nuova quasiparticella di assione, creata attraverso l’interazione collettiva di particelle all’interno del materiale, offre una simulazione realistica del suo comportamento.
I ricercatori Suyang Xu e Jianxiang Qiu, insieme al loro team, hanno utilizzato un laser per generare un magnone, un’onda magnetica che percorre il materiale. Con un secondo laser hanno rilevato un’oscillazione nel collegamento dinamico tra campo elettrico e magnetizzazione, considerato il segno distintivo della presenza di una quasiparticella di assione. Questa oscillazione è in perfetta sintonia con ciò che ci si aspetta da un vero assione.
Il tellururo di manganese bismuto, una chiave inattesa
Questo materiale magnetoelettrico, prodotto per la prima volta nel 2019, ha proprietà uniche: quando vi si applica un campo elettrico, il materiale si magnetizza. La mutua interazione tra elettricità e magnetismo riproduce fedelmente la risposta di un ipotetico assione immerso in un campo magnetico, capace di trasformarsi in un fotone oscillante.
Il comportamento osservato non è una semplice analogia. Per usare le parole di Jianxiang Qiu, si tratta di “una definizione quasi perfetta di quasiparticella di assione”, grazie a un’evidenza sperimentale diretta e non solo a semplici deduzioni indirette come avvenuto in precedenti esperimenti.
Verso il rilevamento degli assioni reali?
La ricerca apre una nuova strada sperimentale: se gli assioni esistono realmente nell’universo, potrebbero interagire con le quasiparticelle di assione all’interno di materiali come il tellururo di manganese bismuto. Quando un assione cosmico entra in un campo magnetico generato nel materiale, potrebbe trasformarsi in un fotone che, interagendo con la quasiparticella, amplificherebbe un segnale debolissimo, rendendolo rilevabile. Questo approccio potrebbe quindi trasformare il materiale stesso in un rivelatore di materia oscura.
Le prospettive teoriche e sperimentali
La proposta di creare queste quasiparticelle risale al 2010, ma solo ora è diventata realtà. “Questo è un lavoro impressionante,” commenta il fisico Seongshik Oh dell’Università di Rutgers, non coinvolto nello studio. La scoperta apre la strada non solo a una nuova fisica dello stato solido, ma anche a tecnologie quantistiche basate su quasiparticelle mai osservate prima.
Nature, Harvard University, e i principali esperti del settore celebrano oggi un traguardo che potrebbe portare, nei prossimi anni, a una delle scoperte più importanti della fisica moderna.
