Il vuoto che rafforza la superconduttività: come le fluttuazioni quantistiche del vuoto hanno innalzato la temperatura del NbSe₂

Il vuoto, nell'accezione comune, è uno spazio vuoto dove non c'è nulla. Ma nella fisica quantistica persino lo spazio «vuoto» brulica di particelle virtuali che nascono e svaniscono, creando fluttuazioni continue. Proprio queste oscillazioni invisibili sono state utilizzate per la prima volta dagli scienziati per rafforzare la superconduttività di un materiale senza contatto diretto né intervento esterno.

I ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina hanno collocato un diseleniuro di niobio ultralfine (NbSe₂) in una speciale cavità «oscura» — un risonatore terahertz a anello spezzato. Una tale struttura amplifica le fluttuazioni quantistiche del campo elettromagnetico all'interno del vuoto. Di conseguenza, la temperatura di transizione superconduttiva è aumentata del 5,4 % nel campione a sei strati, e sono altresì aumentati in modo evidente la corrente critica e il campo magnetico critico.

La superconduttività si manifesta quando gli elettroni formano coppie e si muovono senza resistenza a basse temperature. Di solito, per innalzare questa temperatura occorrono additivi chimici, pressione o forti campi magnetici. Qui invece l'effetto è stato ottenuto grazie allo scambio di fotoni virtuali tra il materiale e il vuoto amplificato della cavità. L'energia dello stato superconduttivo si abbassa, rendendolo più stabile.

Gli scienziati hanno condotto una serie di esperimenti di controllo, variando la geometria della cavità, la frequenza e i materiali, per escludere cause ordinarie come la tensione meccanica o la contaminazione. Il rafforzamento si manifestava in modo risonante — solo quando la frequenza della cavità coincideva con le fluttuazioni a bassa energia del superconduttore. Ciò ha confermato il ruolo proprio del vuoto quantistico.

La scoperta pone le basi di un nuovo approccio — la «vacuumronica», in cui un vuoto appositamente progettato diventa uno strumento di controllo degli stati quantistici. Il metodo non richiede un intervento energetico diretto e può funzionare senza contatto, il che è particolarmente prezioso per le nanostrutture fragili.

In prospettiva, tali cavità aiuteranno a creare superconduttori più efficienti per i computer quantistici, le risonanze magnetiche e le linee di trasmissione dell'energia a risparmio energetico. Il vuoto cessa di essere uno sfondo passivo e si trasforma in un partecipante attivo dei processi quantistici.