Le particelle quantistiche non smettono mai di sorprendere. Per decenni, la fisica ha raccontato una storia piuttosto semplice: ogni particella dell’universo appartiene a una di due famiglie, i bosoni o i fermioni. Punto. Nessuna eccezione. Ora però un gruppo di fisici dell’Okinawa Institute of Science and Technology e dell’Università dell’Oklahoma ha dimostrato che questa divisione netta potrebbe non reggere più. Esisterebbero infatti particelle “a metà strada”, chiamate anioni, capaci di esistere anche in sistemi unidimensionali, e la cosa davvero notevole è che il loro comportamento potrebbe essere regolato a piacimento. Due studi pubblicati su Physical Review A nel maggio 2026 hanno messo nero su bianco questa possibilità, aprendo scenari sperimentali fino a poco tempo fa impensabili.

Ma facciamo un passo indietro. La distinzione tra bosoni e fermioni nasce da un concetto fondamentale della meccanica quantistica: l’indistinguibilità. Quando due particelle identiche si scambiano di posto, possono succedere solo due cose. O il sistema resta identico (bosoni) oppure cambia segno (fermioni). Non esistono altre opzioni, almeno in tre dimensioni. I bosoni tendono a raggrupparsi, come fanno i fotoni nel laser. I fermioni invece si rifiutano di condividere lo stesso stato quantistico, ed è proprio per questo che la tavola periodica è così ricca di elementi diversi. Sembra tutto ordinato, quasi troppo elegante.

Come le dimensioni inferiori cambiano le regole del gioco

Il bello arriva quando si riducono le dimensioni. Già dagli anni Settanta, alcuni teorici avevano previsto che in sistemi a dimensionalità ridotta le particelle potessero comportarsi in modi radicalmente diversi. In spazi bidimensionali o unidimensionali, le traiettorie delle particelle si intrecciano in modo tale che lo scambio non equivale più a “non fare nulla”. Le strade percorse restano aggrovigliate nello spaziotempo e non possono essere sciolte come in tre dimensioni. Questo apre la porta agli anioni, particelle il cui fattore di scambio può assumere valori continui, non solo +1 o meno 1.

Nel 2020, gli anioni erano già stati osservati sperimentalmente ai bordi di semiconduttori bidimensionali ultrafreddi e fortemente magnetizzati. Adesso il team guidato dal professor Thomas Busch ha fatto un ulteriore salto: ha identificato un sistema monodimensionale in cui gli anioni possono esistere e, soprattutto, ha mostrato che il loro fattore di scambio è direttamente collegato alla forza delle interazioni a corto raggio tra le particelle. In pratica, si potrebbe “sintonizzare” il comportamento di queste particelle quantistiche come si regola il volume di una radio.

Verso nuovi esperimenti e nuove risposte

Raúl Hidalgo Sacoto, dottorando nel gruppo di ricerca, ha spiegato che in una dimensione le particelle non possono girarsi attorno per scambiarsi di posto: devono attraversarsi direttamente. Questo cambia radicalmente la fisica dello scambio rispetto a quanto accade in dimensioni superiori e rende possibile mappare le statistiche di scambio degli anioni osservando la loro distribuzione di momento. La cosa entusiasmante è che gli apparati sperimentali necessari per verificare tutto questo esistono già, grazie ai progressi nel controllo di singole particelle all’interno di sistemi atomici ultrafreddi.

Quello che emerge da questa ricerca non è solo una curiosità teorica. Capire se e come le particelle quantistiche possano sfuggire alla dicotomia bosone/fermione significa ripensare alcune delle regole fondamentali della fisica. Il professor Busch lo ha detto con un entusiasmo che è difficile non condividere: la porta verso una comprensione più profonda del mondo quantistico è stata aperta, e adesso resta da vedere cosa ci troveremo dall’altra parte.

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Qualcosa di davvero strano sta succedendo dentro i superconduttori, e gli scienziati lo hanno appena visto con i propri occhi per la prima volta. Un gruppo di ricercatori ha fotografato direttamente il comportamento quantistico delle particelle accoppiate in un sistema che replica la superconduttività, scoprendo una sorta di “danza” coordinata tra le coppie che nessuna teoria esistente aveva mai previsto. Risultato pubblicato il 15 aprile 2026 su Physical Review Letters, frutto della collaborazione tra fisici sperimentali del CNRS francese e teorici del Flatiron Institute della Simons Foundation.

Il punto è questo: nella superconduttività classica, gli elettroni si accoppiano e si muovono insieme, permettendo alla corrente elettrica di scorrere senza alcuna resistenza. La teoria che spiega tutto questo, la celebre teoria BCS (dai nomi di Bardeen, Cooper e Schrieffer, premiata con il Nobel), dice che queste coppie agiscono in modo indipendente l’una dall’altra. Ognuna per conto suo, senza influenzarsi a vicenda. Ecco, questa nuova osservazione racconta una storia completamente diversa.

Come hanno osservato quello che nessuno aveva mai visto

Per riuscire nell’impresa, il team ha usato un gas di atomi di litio raffreddato a pochi miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. A temperature così estreme, gli atomi si comportano come fermioni, la stessa categoria di particelle degli elettroni, il che li rende perfetti sostituti per studiare la superconduttività in un ambiente ultra controllato. Grazie a una tecnica di imaging sviluppata appositamente, i ricercatori hanno catturato istantanee dettagliate delle posizioni di ogni coppia di atomi.

E qui arriva la sorpresa. Le coppie non erano distribuite a caso. Ogni coppia manteneva una distanza precisa dalle altre, come ballerini su una pista che evitano di scontrarsi tra loro. Un comportamento coordinato, una correlazione spaziale che la teoria BCS semplicemente non contempla.

“Il nostro esperimento ha mostrato che qualcosa manca qualitativamente da questa teoria,” ha spiegato Tarik Yefsah del Laboratoire Kastler Brossel al CNRS di Parigi. La metafora che usa è efficace: la teoria BCS è come guardare una sala da ballo dall’esterno, sentendo la musica e vedendo i ballerini uscire, senza sapere cosa succede davvero dentro. Con questo nuovo approccio, è come aver piazzato una telecamera grandangolare nel cuore della sala.

Perché questa scoperta può cambiare tutto

Le simulazioni quantistiche condotte da Shiwei Zhang del Flatiron Institute e dal suo ex collaboratore Yuan Yao He hanno confermato punto per punto i dati sperimentali, inclusa la spaziatura tra le coppie “danzanti”. Non si tratta quindi di un artefatto o di un’anomalia strumentale. È un fenomeno reale, robusto, riproducibile.

E le implicazioni sono enormi. Capire meglio come funziona la superconduttività a livello fondamentale è il primo passo per progettare materiali che possano supercondurre a temperature più alte. Negli anni Ottanta furono scoperti i cosiddetti superconduttori ad alta temperatura, che funzionano attorno ai meno 196 gradi Celsius (la temperatura dell’azoto liquido). Ancora oggi, però, nessuno sa spiegare fino in fondo perché funzionino a quelle temperature relativamente “calde”. Il sogno resta quello di arrivare a superconduttori che operino a temperatura ambiente, il che rivoluzionerebbe le reti energetiche, l’elettronica e il calcolo quantistico.

“Comprendendo questo caso semplice, possiamo affinare i nostri strumenti per studiare sistemi più complessi,” ha detto Zhang. “E i sistemi più complessi sono quelli dove cerchiamo nuove fasi della materia, che in passato hanno dato origine a molte scoperte tecnologiche fondamentali.”

Quella danza quantistica dentro i superconduttori, insomma, potrebbe essere la chiave per sbloccare tecnologie che oggi sembrano ancora fantascienza. E adesso, per la prima volta, qualcuno l’ha vista davvero.

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