(Credits: Rechtsman laboratory, Penn State University)
Larghezza, lunghezza e altezza. Da sempre, siamo abituati a considerare il mondo che ci circonda come composto da tre dimensioni spaziali. O al più quattro, aggiungendo la dimensione temporale extra prevista dalla teoria della relatività di Einstein. Eppure la scienza ha appena scoperto un modo – piuttosto cervellotico, per dire la verità – di evidenziare una quarta dimensione spaziale, che va al di là della nostra naturale percezione sensoriale. A riuscirci sono state, indipendentemente, due équipe di ricercatori (la prima della Penn State University statunitense, la seconda della Ludwig-Maximilians University tedesca) che in particolare hanno sfruttato un complesso fenomeno quantistico, il cosiddetto effetto Hall, per svelare in laboratorio l’esistenza di una quarta dimensione spaziale. Entrambe le scoperte sono state pubblicate sulla rivista Nature (qui e qui).
Raccontare la teoria dietro l’esperimento, come accennato in precedenza, non è semplice. Senza scendere in dettagli troppo tecnici, l’effetto Hall quantistico avviene quando si costringe un materiale tridimensionale in uno spazio tridimensionale e poi vi si fa circolare una corrente elettrica in presenza di un forte campo magnetico. Se il materiale è a temperature molto basse, vicine allo zero assoluto, l’interazione tra corrente e campo magnetico crea una differenza di potenziale che cambia in maniera discreta (cioè facendo dei “salti” da un valore all’altro) piuttosto che in maniera continua. Formule alla mano, la misurazione di questi cambiamenti nel voltaggio dovrebbe essere possibile in una dimensione spaziale “extra”, non accessibile agli sperimentatori.
È in questo contesto che hanno operato i due team di ricercatori: in particolare, hanno creato un complesso set-up sperimentale, servendosi di atomi ultrafreddi e fasci laser incrociati, che consentiva di “vedere” le conseguenze dell’effetto Hall quantistico in una quarta dimensione spaziale – che naturalmente non esiste. O meglio, per essere più precisi: i due esperimenti hanno mostrato quali sarebbero gli effetti misurabili dell’effetto Hall quantistico qualora accadesse in un mondo a quattro dimensioni. “Il risultato finale dell’esperimento”, spiegano dall’università tedesca, “è una simulazione di un sistema che si muove in una quarta dimensione spaziale. È come se avessimo trasformato, virtualmente, un sistema a due dimensioni in un sistema a quattro dimensioni”. Facile, no?
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