Il mondo della fisica quantistica ha appena aggiunto un capitolo piuttosto sorprendente. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Innsbruck, in collaborazione con il fisico teorico Alvise Bastianello del CNRS e dell’Université Paris-Dauphine, è riuscito a creare in laboratorio un bizzarro stato della materia chiamato fractional Fermi sea. Lo studio, pubblicato su Physical Review Letters alla fine di giugno 2026, descrive come atomi ultrafreddi di cesio possano essere spinti in una configurazione quantistica del tutto inedita, dove le particelle si organizzano in modi che nessuna teoria consolidata aveva previsto.

Per capire la portata della cosa, vale la pena fare un passo indietro. A temperature bassissime, le particelle quantistiche seguono regole molto rigide. I fermioni, per esempio, si impilano ordinatamente negli stati energetici disponibili formando quello che viene chiamato “mare di Fermi”. È un concetto fondamentale, uno di quei pilastri su cui si regge buona parte della comprensione dei sistemi quantistici a bassa temperatura. Quello che il gruppo di Hanns-Christoph Nägerl ha fatto è stato prendere questo pilastro e, in sostanza, piegarlo. Confinando atomi di cesio in una dimensione e facendoli oscillare ripetutamente tra interazioni fortemente repulsive e fortemente attrattive, i ricercatori hanno ottenuto qualcosa di notevole: gli atomi non si sono semplicemente scaldati o disordinati, ma si sono riorganizzati in uno stato eccitato eppure straordinariamente ordinato. Da qui il nome fractional Fermi sea, perché le particelle sembrano obbedire a una regola di occupazione ridotta rispetto al normale.

Ordine nascosto e una fase critica mai osservata prima

La parte davvero affascinante riguarda le proprietà di questo stato. Le correlazioni matematiche tra le particelle mostrano oscillazioni pronunciate, note come oscillazioni di Friedel, insieme a un comportamento di decadimento peculiare che si manifesta a tutti i livelli di interazione repulsiva. Il punto chiave è che queste caratteristiche non rientrano in quelle previste dalla teoria dei liquidi di Tomonaga-Luttinger, che per decenni è stata il riferimento standard per descrivere la materia quantistica unidimensionale. Come ha spiegato Nägerl stesso, lo stato è altamente eccitato ma non è affatto casuale: possiede un ordine nascosto che diventa visibile solo analizzando le correlazioni. Ha anche aggiunto, con una punta di ironia, che non è ancora chiaro come chiamare le nuove quasiparticelle che emergono da questo stato, suggerendo scherzosamente il termine “super fermioni”.

Yi Zeng, primo autore dello studio, ha sottolineato come il ciclo di interazione non produca semplice riscaldamento ma una vera e propria riorganizzazione degli atomi in un nuovo stato quantistico a molti corpi. Questo apre la strada a esplorazioni della materia quantistica ben oltre i paradigmi di equilibrio tradizionali.

Cosa significa per il futuro della simulazione quantistica

Queste firme così distintive indicano la presenza di una fase critica della materia completamente nuova ed esotica. La scoperta del fractional Fermi sea non è solo un esercizio teorico elegante: rappresenta un percorso inedito per indagare comportamenti quantistici universali utilizzando simulatori ad atomi freddi. Nägerl lo ha detto in modo piuttosto diretto: questa scoperta dimostra fino a dove si può spingere la simulazione quantistica, non limitandosi a riprodurre modelli già noti ma creando e sondando stati che vanno oltre i paradigmi consolidati. Un secondo articolo, che descrive la realizzazione sperimentale del fractional Fermi sea attraverso simulazione quantistica, è attualmente in fase di revisione. Se confermato, potrebbe consolidare ulteriormente l’idea che stiamo entrando in un territorio della fisica dove le sorprese sono tutt’altro che finite.

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Qualcosa di straordinario si nasconde dietro le esplosioni stellari più luminose mai osservate, e il telescopio Fermi della NASA potrebbe aver finalmente trovato la risposta. Un team internazionale di ricercatori ha analizzato anni di dati raccolti dal Fermi Gamma-ray Space Telescope e ha individuato quella che sembra essere la prima conferma di un segnale in raggi gamma proveniente da una supernova superluminosa. Il colpevole? Una magnetar, ovvero una stella di neutroni appena nata con campi magnetici di una potenza quasi inconcepibile. Lo studio, pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics nel maggio 2026, cambia le carte in tavola per chi studia questi fenomeni cosmici estremi.

L’evento sotto osservazione si chiama SN 2017egm ed è esploso nella galassia NGC 3191, a circa 440 milioni di anni luce dalla Terra, nella costellazione dell’Orsa Maggiore. Nonostante quella distanza enorme, resta una delle supernove superluminose più vicine mai osservate. E proprio questa relativa vicinanza ha permesso al telescopio Fermi di catturare un segnale che gli astronomi cercavano da quasi vent’anni senza mai trovare una conferma definitiva. Come ha spiegato Fabio Acero, ricercatore del CNRS e dell’Università Paris-Saclay nonché autore principale dello studio, migliaia di supernove erano state analizzate nei dati del Fermi senza mai ottenere risultati certi. Fino a ora.

La magnetar come motore nascosto

Ma cosa rende una supernova superluminosa così diversa dalle altre? Le supernove a collasso del nucleo si verificano quando una stella massiccia esaurisce il combustibile che sostiene il proprio centro. Il nucleo collassa su sé stesso per effetto della gravità e innesca un’esplosione violentissima, lasciando dietro di sé una stella di neutroni oppure un buco nero. Negli ultimi due decenni, gli astronomi hanno catalogato quasi 400 esemplari di supernove superluminose, capaci di brillare almeno dieci volte più delle supernove ordinarie in luce visibile.

La spiegazione più convincente chiama in causa proprio le magnetar. Si tratta di stelle di neutroni con campi magnetici fino a mille volte più intensi rispetto a quelli delle stelle di neutroni comuni, qualcosa come diecimila miliardi di volte la forza di un magnete da frigorifero. Una magnetar appena formata può ruotare centinaia di volte al secondo, generando un flusso potentissimo di elettroni e positroni (le controparti di antimateria degli elettroni). Questo flusso crea una nube di materiale ad altissima energia chiamata nebulosa di vento da magnetar, al cui interno le interazioni tra particelle producono raggi gamma in diversi modi.

Gran parte di quell’energia gamma resta intrappolata nei detriti della supernova e viene convertita in luce visibile a energia più bassa. Ecco perché l’esplosione appare così straordinariamente brillante. Circa tre mesi dopo il collasso, però, man mano che i detriti si espandono e si raffreddano, i raggi gamma cominciano a fuoriuscire. Ed è esattamente quello che il telescopio Fermi ha registrato nel caso di SN 2017egm.

Nuove prospettive per il futuro

Il modello della magnetar riproduce bene la luminosità della supernova e i tempi di arrivo dei raggi gamma nei primi mesi, anche se nelle fasi successive la luce visibile si attenua in modo piuttosto irregolare. Secondo i ricercatori, altri processi potrebbero aver influenzato l’evoluzione dell’evento: materiale che ricade verso la magnetar, oppure collisioni tra l’onda d’urto in espansione e materia espulsa dalla stella secoli prima dell’esplosione.

Guardando avanti, il team ha stimato che il futuro Cerenkov Telescope Array Observatory sarà in grado di individuare supernove simili a SN 2017egm fino a distanze di circa 500 milioni di anni luce con una cinquantina di ore di osservazione. La collaborazione tra osservatori a terra e telescopi spaziali della NASA promette di aprire una finestra del tutto nuova su queste esplosioni stellari e sugli oggetti estremi che le alimentano. Come ha sottolineato Judy Racusin, vice scienziata di progetto della missione Fermi al Goddard Space Flight Center, osservare i raggi gamma dalle supernove offrirà un modo inedito per esplorarne i meccanismi più profondi.

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