Nell'ultima settimana ci è capitato di leggere diversi articoli riguardanti la recente assegnazione del premio Nobel per la fisica, molti dei quali ci sono sembrati piuttosto 'sbrigativi', o quanto meno non esaustivi. Vorremmo perciò provare a illustrare le vicende teoriche che hanno portato a questi risultati e le possibili implicazioni future in maniera più compiuta e approfondita. Quest'anno, il premio, come molti sapranno, è andato a tre inglesi: David J. Thouless, F. Duncan Haldane e J. Michael Kosterlitz. Il campo di studio in questione è quello del microcosmo, porzioni di materia talmente piccole da poter essere considerate 'mono' o 'bi-dimensionali', a seconda delle caratteristiche spaziali che si intendono studiare. Così da vicino, il mondo appare estremamente caotico, misterioso, 'sfuocato' nella sua indeterminazione. In condizioni più o meno 'normali', gli effetti delle leggi della fisica 'quantistica' sono nascosti dai rapidissimi movimenti (traslazionali e ondulatori) degli atomi, del tessuto della materia stessa. Più scendiamo con la temperatura, più il grado di caos (entropia) diminuisce e più i movimenti si fanno lenti: in prossimità dello 0 assoluto (-273°C) la fisica quantistica diventa visibile. A questo punto, o per lo meno molto vicini a questo punto, il cui raggiungimento è esplicitamente escluso dal terzo principio della termodinamica, iniziano ad accadere fenomeni molto strani: le resistenze al moto delle particelle cessano. Tale fenomeno è presente, per esempio, nei superfluidi e nei superconduttori. Se pensassimo di bere un caffè in forma di superfluido, oltre al fatto che probabilmente ci perforerebbe lo stomaco, vista la temperatura estremamente bassa, nell'ipotetico momento nel quale immergessimo il cucchiaino per miscelare lo zucchero, esso inizierebbe a girare dando vita a un movimento vorticoso (quello che si ottiene togliendo il tappo da una vasca piena d'acqua, per intenderci), che si protrarrebbe per l'eternità proprio in virtù delle assenti resistenze al moto. Se, invece, per assurdo riuscissimo a sostituire il filamento di una normale lampadina a incandescenza con un superconduttore, quando la colleghiamo a un circuito elettrico e premiamo l'interruttore, la corrente fluirebbe nel filamento senza tuttavia riscaldarlo, a causa della mancata resistenza al moto degli elettroni. Di conseguenza, essa non produrrebbe alcun tipo di luce. Queste, in sostanza, alcune delle proprietà di queste tipologie di materiali. Tornando ai Nobel, la scoperta fondamentale di Kosterlitz e Thouless è stata quella riguardante le 'transizioni di fase nel mondo 2-D'. Per 'transizione di fase' intendiamo il cambiamento dell'ordine nella disposizione delle particelle di una determinata sostanza, allorquando essa passa da uno stato fisico (solido, liquido, gassoso) a un altro. Mediante la formulazione della teoria denominata 'transizione KT (Thouless-Kosterlitz)', i due scienziati sono giunti alla conclusione che a regolare le 'transizioni di fase' nel 'mondo piatto' siano dei vortici presenti sulla superficie della materia, i quali a basse temperature si muovono in coppia e hanno un diametro piuttosto piccolo, mentre fornendo del calore essi si allontanano tra loro e procedono indipendentemente l'uno dall'altro, determinando, in tal modo, la 'transizione di fase' vera e propria (la KT è una teoria 'universale', cioè può essere applicata a diverse tipologie di materiali). Il secondo merito fondamentale va a Thouless e Duncan per l'esatta interpretazione e spiegazione dell'effetto 'Hall quantistico'. Quest'ultimo, osservato in un sottile strato conduttore posto, a sua volta, tra 2 semiconduttori, a temperature estremamente basse (-272°C) e in presenza di un forte campo magnetico, fa sì che la conducibilità elettrica dello strato in questione non possa assumere qualsiasi valore, ma soltanto dei multipli interi di una certa costante (la conducibilità appare 'quantizzata'). La chiave per risolvere questo enigma è stata la 'topologia': una 'branca' della matematica che si occupa di oggetti le cui proprietà variano secondo 'steps' (per esempio: gli oggetti con un buco, con due buchi, con tre buchi e così via). Mediante questo approccio, si è giunti alla conclusione che nell'effetto 'Hall quantistico' fosse presente una particolare forma di materia detta 'fluido topologico quantistico', che ne determina le proprietà. L'effettiva validità di questo modello, nel 2014 è stata verificata sperimentalmente. Dal punto di vista pratico, questi nuovi passi della fisica trovano il loro sbocco naturale nell'ingegneria elettronica. Per quanto detto sopra riguardo ai superconduttori, una maggior consapevolezza circa il loro meccanismo di funzionamento li porterà certamente, in futuro, a essere impiegati come componenti di circuiti. I motivi sono ben intuibili: non opponendo resistenza al moto degli elettroni non si surriscaldano e sono più veloci degli attuali. Tutto procede nella direzione della realizzazione, probabilmente non così prossima, di una nuova generazione di computer, detti 'quantistici', con potenze di calcolo enormemente più elevate di quelle attuali e, perciò, capaci di risolvere, in tempi relativamente brevi, problemi estremamente complessi. La vera differenza rispetto all'attuale generazione di calcolatori sta nell'utilizzo di supporti materiali (atomi o particelle) che possono assumere molte più 'configurazioni', rispetto al 'codice binario' attualmente utilizzato come linguaggio di codifica (che assume solo i valori 0 e 1). Inoltre, poche settimane fa è stato provato sperimentalmente che alcune informazioni possono essere 'teletrasportate', sotto forma di 'fotoni', da due luoghi molto distanti tra loro, utilizzando proprio i principi della fisica quantistica. Spesso, però, accade che senza le giuste domande non si arrivi a risposte certe, anche se si dispone di tutta la potenza di calcolo di questo mondo. E, certamente, le macchine non sono ancora capaci di dubitare.