Impulsi laser e fasci di neutroni hanno rivelato in un materiale magnetico uno stato quantistico che infrange la consueta regola del bilancio dettagliato e persiste a bassa energia invece di dissolversi rapidamente.
Ricercatori del Laboratorio Nazionale di Oak Ridge (ORNL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, insieme ai colleghi, hanno condotto un esperimento su un materiale in cui le quasiparticelle quantistiche — i magnoni — sono responsabili delle proprietà magnetiche. Hanno utilizzato rapidi impulsi laser per portare il sistema fuori dall'equilibrio e poi hanno applicato la diffusione neutronica presso la sorgente Spallation Neutron Source dell'ORNL per studiare in dettaglio il quadro microscopico. I risultati, pubblicati su Nature Communications nel novembre 2026, hanno mostrato una violazione del bilancio dettagliato: nello stato ordinario l'energia viene assorbita ed emessa in modo simmetrico, ma sotto l'azione del laser i segnali dei neutroni sono diventati asimmetrici, con un eccesso in una sola direzione.
La cosa più inattesa è che questo stato si è rivelato di lunga durata. L'eccesso di magnoni non svaniva rapidamente, come accade in un riscaldamento di breve durata, ma veniva sostenuto da impulsi laser periodici, formando uno stato fuori equilibrio stabile. Immaginate un flusso di particelle che, invece di tornare indietro, continua a muoversi in una sola direzione, come una strada a senso unico in cui il movimento non è bilanciato da un flusso contrario.
Il gruppo guidato da Chengyun Hua, che comprende Barry Winn e Alan Tennant, ha impiegato anni per sviluppare un'infrastruttura speciale per tali misurazioni. In precedenza nessuno aveva sondato direttamente la violazione del bilancio dettagliato in un mezzo condensato, e l'esperimento ha confermato in pratica le previsioni teoriche.
Questa scoperta crea una piattaforma per studiare in tempo reale i sistemi quantistici lontani dall'equilibrio. Aiuta a capire come controllare i materiali magnetici per le tecnologie quantistiche, riducendo le perdite di informazione durante la trasmissione e migliorando i dispositivi di memoria. Il metodo stabilisce inoltre un nuovo standard per la diffusione neutronica con azione attiva sul materiale.
I risultati, pubblicati su Nature Communications, forniscono una base sperimentale per future ricerche sui materiali quantistici e sulle loro applicazioni nelle tecnologie dell'informazione.
