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"Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Phase Transitions with Long-Range Couplings": nuovo articolo in Physical Review Letters

06 Ottobre 2021

Tra i fenomeni fisici, le transizioni di fase sono note per eludere le descrizioni fisiche più semplicistiche. Esse si caratterizzano infatti per un improvviso cambio nelle proprietà macroscopiche al variare della temperatura. Un esempio? Lo scioglimento del ghiaccio o la perdita di magnetizzazione di un magnete quando riscaldato. Un nuovo lavoro di ricerca condotto da Guido Giachetti, Nicolò Defenu, Stefano Ruffo, and Andrea Trombettoni ha esplorato le cosiddette interazioni a lungo raggio nelle transizioni di fase. L'articolo è stato appena pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters.

Un modo per capire le fasi di transizione è quello di pensare che, benché ogni componente del sistema (per esempio gli atomi in un reticolo cristallino) “vede” solo i propri vicini, alla temperatura di transizione può comunicare indirettamente sulla lunga distanza, ordinando così il sistema. Per contrasto, nei sistemi a lungo raggio, ogni componente può influenzare direttamente quelli lontani, facilitando in tal modo la transizione. In questo studio gli scienziati hanno esplorato l’effetto delle interazioni a lungo raggio sul noto modello XY in due dimensioni. Il modello XY può essere usato per descrivere sistemi magnetici o superfluidi in termini di microscopiche "bussole" su un piano. La transizione di fase associata con questo modello è pertanto piuttosto peculiare: per essere compresa si può immaginare che queste bussole si organizzino in larghi vortici la cui proliferazione rompe l’ordine.

La presenza di interazione residuale tra coppie lontane di punti all’interno di ciascun vortice è la ragione per cui la comprensione della versione con interazioni a lungo raggio del modello XY ha eluso qualunque sforzo fino a questo punto. "Nella ricerca" spiega Guido Giachetti "abbiamo scoperto che, in alcuni casi, si nota la comparsa di una seconda temperatura di transizione, di un tipo completamente nuovo, nel quale l’interazione a lungo raggio distrugge i vortici. Questo risultato costituisce un ulteriore passo avanti nella comprensione dei sistemi basati sulle interazioni a lungo raggio, con possibili importanti ripercussioni per la loro realizzazione sperimentale nei sistemi quantistici ottici e atomici".

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