Un team italo-francese è riuscito ad osservare le straordinarie proprietà di un fluido di luce rilevando, per la prima volta, fenomeni idrodinamici predetti finora soltanto dalla teoria.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Science, aggiunge un nuovo tassello alla conoscenza delle proprietà di un fluido luminoso e più in generale dei condensati coerenti di materia
I fotoni, le particelle elementari che compongono la luce, possono comportarsi in maniera simile alle molecole di un liquido, dando luogo a un vero e proprio fluido luminoso.
Normalmente la luce si propaga dalla sorgente al ricevitore in linea retta, ma in particolari condizioni agisce come un fluido, cioè i fotoni che la compongono interagiscono tra di loro e rimbalzano uno sull’altro.
Questo fenomeno si verifica quando i fotoni sono costretti a propagarsi in materiali a
ppositamente usati per indurre forti interazioni fra loro; succede allora che i fotoni assumano un comportamento collettivo simile a quello delle molecole di un liquido e diano luogo a un vero e proprio fluido luminoso.
I ricercatori - Iacopo Carusotto dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr), Daniele Sanvitto dell’Istituto nanoscienze (Nano) del Cnr di Lecce, con i colleghi Alberto Bramati e Alberto Amo dell'Università Paris6 e Cristiano Ciuti dell'Università Paris7 e Cnrs - hanno scoperto in un fluido di fotoni confinato in una nanostruttura fenomeni quantistici idrodinamici, come i ‘solitoni’, una sorta di onde solitarie e permanenti e sono riusciti a studiare in dettaglio i processi microscopici che si generano quando il fluido incontra un ostacolo.
Hanno quindi osservato che il fluido di fotoni aggira l’ostacolo, ma con modalità diverse a seconda della velocità. A bassa velocità, il fluido di luce assume le caratteristiche tipiche del superfluido, completamente privo di viscosita', aggira l’ostacolo per poi riprendere a scorrere come se nulla fosse accaduto. Mentre ad alte velocità, a causa di fenomeni di attrito, si formano mulinelli e onde solitarie molto particolari: i “solitoni idrodinamici”, l'analogo quantistico delle onde solitarie che si propagano sulla superficie dell'acqua, ma in questo caso la loro robustezza discende direttamente dalla natura quantistica del fluido.
Lo studio ha mostrato che con i fluidi di luce si può generare e studiare, fino quasi a temperatura ambiente, una classe di fenomeni che finora era possibile osservare solo nell'elio superfluido o in condensati di Bose-Einstein di atomi ultrafreddi, sistemi che richiedono temperature prossime allo zero assoluto.
Lo studio avrà successivi sviluppi anche grazie alle avanzate tecniche spettroscopiche disponibili all'Istituto di nanoscienze del Cnr di Lecce, che permetteranno ai ricercatori di ricostruire la dinamica completa del fluido, con una risoluzione spaziale dei milionesimi di metro e temporale del picosecondo (milionesimo di milionesimo di secondo).
