“… La ricerca, pubblicata su Nature Communications, apre nuove strade anche per lo sviluppo di dispositivi quantistici ad alta efficienza.”

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Guardando dentro
un vortice quantistico

Uno studio internazionale coordinato dall’Istituto nazionale di ottica del Cnr ha studiato la dinamica dei vortici in superfluidi fortemente interagenti, individuandone i meccanismi fondamentali. La ricerca, pubblicata su Nature Communications, apre nuove strade anche per lo sviluppo di dispositivi quantistici ad alta efficienza

Uno studio internazionale pubblicato su Nature Communications - coordinato dall’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (CNR-INO) di Sesto Fiorentino presso il LENS e a cui hanno partecipato anche le Università di Firenze, di Bologna e di Trieste, la Warsaw University of Technology e l’Università tedesca di Augusta - ha studiato la dinamica dei vortici in superfluidi fortemente interagenti, individuandone i meccanismi fondamentali.

I “vortici” indagati sono piccoli mulinelli di fluido che ruotano attorno a un asse, all'interno di un gas di atomi di litio raffreddato a temperature estremamente basse, appena 10 miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. In queste condizioni, la materia entra in uno stato chiamato superfluido, in cui la viscosità scompare e il fluido scorre senza attrito. Il comportamento superfluido degli atomi ultrafreddi è analogo a quello dei superconduttori, dove la corrente elettrica può circolare senza resistenza, permettendo il trasporto di corrente senza perdita di energia. In entrambi i sistemi, la dinamica dei vortici ha un ruolo fondamentale, poiché può aprire un canale per la dissipazione dell’energia.

Spiega Giacomo Roati, dirigente di ricerca CNR-INO presso il LENS e responsabile del gruppo di ricerca: "L’utilizzo di gas atomici ultrafreddi ci ha permesso di studiare questo fenomeno in modo estremamente controllato, all’interno di vere e proprie ’simulazioni quantistiche’. La dinamica dei vortici nel caso studiato condivide similitudini con quella nei superconduttori ad alta temperatura, un campo ancora oggetto di studio. Comprendere il loro moto è essenziale per valutare gli effetti dissipativi e per progettare dispositivi quantistici ad alta efficienza, nei quali tali effetti possano essere minimizzati in modo mirato, aprendo la strada a tecnologie quantistiche all’avanguardia”.

"Sia nei superfluidi sia nei superconduttori la dinamica dei vortici è determinata da forze interne al sistema: capire come si muovono è fondamentale per comprendere i limiti con cui questi possono trasportare correnti senza viscosità e resistenza, oltre che per accedere a una conoscenza più profonda dei meccanismi che regolano il comportamento quantistico della materia", aggiunge Nicola Grani, dottore di ricerca in Fisica e Astronomia all’Università di Firenze.

Nel lavoro viene studiata, per la prima volta, la dinamica di un singolo vortice in un superfluido, riuscendo così a determinarne il comportamento in modo semplice e diretto: "I risultati mostrano che il moto dei vortici, nel regime studiato, è influenzato dalla presenza di particelle che popolano il nucleo del vortice”, continua Diego Hernández-Rajkov, ricercatore del CNR-INO presso il LENS. “Questo studio rappresenta anche la prima evidenza, seppur indiretta, di tali particelle in questo regime. Analizzando la dinamica del vortice, siamo dunque riusciti a ricostruire i fenomeni microscopici che ne regolano la dinamica e la sua struttura interna".

La scheda

Chi: Istituto nazionale di ottica (Cnr-Ino) di Sesto Fiorentino presso LENS e Università di Firenze, Bologna, Trieste, Warsaw University of Technology e l’Università tedesca di Augusta

Che cosa: Mutual friction and vortex Hall angle in a strongly interacting Fermi superfluid, Nature Communications 16, Article number: 10245 (2025), https://doi.org/10.1038/s41467-025-64992-w *

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[* N.d.R.> Documentazione/ Link/ Indirizzi presenti nella nota CNR originale e/o disponibili sui siti segnalati **]

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Da/ Fonte/ Titolare»
CNR
Comunicato stampa N.96/2025
Roma, 2 dicembre 2025

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Estratto

Fonte dei dati, informazioni, procedure e documenti sono reperibili presso siti web/portali, esterni, ai link **»

CNR
www.cnr.it

Istituto nazionale di ottica (CNR-INO)
https://www.ino.cnr.it

LENS
https://lens.unifi.it

Università di Firenze
https://www.unifi.it

Università Bologna
https://www.unibo.it/it

Università Trieste
https://portale.units.it/it

Warsaw University of Technology
https://eng.pw.edu.pl

Università tedesca di Augusta
https://www.uni-augsburg.de/en/

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Link/siti
esterni non collegati

^Fonte» CNR» Cmn_02Dic2025=RS_2025-12-02»
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< N.d.R.