World Quantum Day: in conversazione con il fisico quantistico Leni Bascones

Leni Bascones è un fisico che ricerca materiali quantistici, con particolare attenzione ai sistemi di elettroni fortemente correlati e ai superconduttori non convenzionali. È anche guest editor per il focus issue di Giornale di fisica: materiali, "Prospettive delle donne nei materiali quantistici”, ed è stato co-editore di Lettere eurofisiche per tre anni – entrambe riviste pubblicate da IOP Publishing, che produce anche Mondo della fisica.

Qual è stato il tuo percorso verso la fisica quantistica?

Non ero qualcuno che sapeva da bambino che voleva essere uno scienziato perché gli piaceva capire come funziona il mondo. In effetti, quando ero un adolescente, il mio piano era quello di diventare uno stilista. Anche quando ho dovuto decidere cosa volevo studiare all'università, non ero sicuro se studiare fisica o storia. Alla fine, ho scelto la fisica per il mio interesse per l'astrofisica.

Era solo al terzo anno dei miei studi universitari [al Università Autonoma di Madrid], quando ho seguito un corso di meccanica quantistica, ho capito che questo era l'argomento che mi interessava di più. Mi affascinava. Inizialmente ho optato per la fisica delle particelle e ho seguito corsi su questo argomento poiché è strettamente legato alla fisica quantistica. Ma quando ho dovuto impegnarmi su un argomento per il mio dottorato di ricerca, ho deciso di concentrarmi su materiali e dispositivi quantistici, e fino ad oggi sono molto contento della mia scelta.

Cosa ti entusiasma di più della fisica quantistica?

Trovo i comportamenti dei sistemi quantistici accattivanti. Ci sono molti fenomeni interessanti che non comprendiamo ancora e molte sorprese appaiono costantemente. Al momento abbiamo la possibilità di ingegnerizzare dispositivi e materiali quantistici. Anche se non lavoro direttamente sulle applicazioni, quando penso all'impatto tangibile che può avere nel mondo, come le tecnologie digitali, il cambiamento climatico, la medicina e i trasporti, trovo estremamente entusiasmanti le potenzialità della fisica quantistica.

Quale problema del mondo reale speri di risolvere con la tua ricerca?

La mia ricerca si concentra sulle forti correlazioni elettroniche e sulla superconduttività. Attualmente sto lavorando su eterostrutture moiré 2D, come il grafene a doppio strato attorcigliato, dove due strati di carbonio sono sovrapposti con una relativa torsione.

Tipicamente, i materiali hanno una resistenza al flusso di corrente elettrica e questo costa molta energia per essere superato. Ma in alcuni materiali questa resistenza si annulla al di sotto di una certa temperatura – solitamente temperature estremamente basse – e la corrente elettrica può fluire senza perdere energia. La scomparsa della resistenza è una caratteristica della superconduttività, che si verifica perché gli elettroni entrano in uno stato cooperativo in cui si uniscono a coppie. Questo è sorprendente perché gli elettroni sono particelle cariche e si respingono a vicenda.

La superconduttività ha molte applicazioni, dalla costruzione di motori, sensori e treni, all'imaging medico e al calcolo quantistico, oltre ad essere utilizzata per creare potenti magneti o condurre e accumulare correnti elettriche senza costi energetici.

In un certo tipo di superconduttore, la superconduttività emerge a causa delle interazioni tra gli elettroni e il reticolo atomico. Ma questa spiegazione non funziona nei cosiddetti "superconduttori non convenzionali", che in molti casi superconducono a temperature più elevate. In questi materiali la comparsa della superconduttività è sorprendente perché l'attrazione tra gli elettroni a coppie potrebbe in realtà essere dovuta alla repulsione tra le particelle cariche.

Sarebbe davvero divertente comprendere appieno le intuizioni e i meccanismi della superconduttività non convenzionale e prevedere o progettare nuovi materiali con superconduttività ad alta temperatura. Questo è un problema quantistico importante e affascinante che i fisici cercano di spiegare da quasi 40 anni. Con nuovi dispositivi superconduttori 2D altamente sintonizzabili che sono stati scoperti di recente, come le eterostrutture moiré, è possibile progettare molti nuovi sistemi superconduttori e trovare una spiegazione per questo fenomeno sembra più vicino.

Quali qualità uniche possono apportare alla fisica quantistica le ricercatrici come te?

Le donne hanno talento, intuizione e perseveranza, e non possiamo perdere questi attributi. Abbiamo bisogno di più donne per avanzare nelle conoscenze di base e nelle applicazioni della fisica quantistica.

Al momento stiamo perdendo molte donne di talento dal perseguire una carriera quantistica. Affrontano maggiori difficoltà per avanzare nella scienza, spesso a causa di comportamenti inconsci dei colleghi. Inoltre, meno donne scelgono la fisica quantistica a causa degli stereotipi e della mancanza di incoraggiamento. Ma le donne sono in una posizione unica per aiutare a far progredire la fisica quantistica creando un ambiente di ricerca più collaborativo e accogliente. Troppa competizione ed ego portano a pratiche scientifiche che aumentano il rumore e ritardano la nostra capacità di risolvere problemi quantistici.

Cosa vedi come il futuro della fisica quantistica?

Viviamo in un momento di molte opportunità. Il quantico crescerà e ora siamo consapevoli delle tecnologie che possiamo inventare usando la fisica quantistica. Lo sviluppo di applicazioni sarà un elemento chiave della ricerca nei prossimi anni, ma andrà male se riduciamo l'importanza che diamo alla scienza di base. La storia ci mostra che le tecnologie più dirompenti emergono dalle scoperte scientifiche di base, non dalla ricerca di applicazioni.

Pensi che al momento ci troviamo in una bolla quantistica che sta per scoppiare?

Ora stiamo parlando molto di quanto, nello stesso modo in cui una volta parlavamo molto, diciamo, della nanotecnologia. Emergeranno molte applicazioni e nuove conoscenze. Forse queste applicazioni e questi sviluppi non sono quelli che abbiamo in mente in questo momento, ma la nostra comprensione del quanto si evolverà. Ciò non significa che la bolla scoppierà, ma non dovremmo concentrare i nostri finanziamenti e sforzi su una serie molto ristretta di scelte. Ad esempio, alcune agenzie di finanziamento concentrano il loro sostegno su tecnologie quantistiche molto specifiche e dimenticano i materiali quantistici che le sostengono. Oppure le agenzie finanziano i progetti solo se legati a specifiche applicazioni. È un errore dato che i materiali quantistici stanno attraversando una rivoluzione in questo momento.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/world-quantum-day-in-conversation-with-quantum-physicist-leni-bascones/