Un trucco quantistico implicava stabilità eterna. Ora sta cadendo a pezzi. | Rivista Quanti

È una verità sia della fisica che dell’esperienza quotidiana che le cose vanno in pezzi. Il ghiaccio si scioglie. Gli edifici crollano. Qualsiasi oggetto, se aspetti abbastanza a lungo, si confonde con se stesso e con l'ambiente circostante in modo irriconoscibile.

Ma a partire dal 2005, una serie di scoperte hanno fatto sì che questa marcia della morte sembrasse facoltativa. Nella giusta impostazione quantistica, qualsiasi disposizione di elettroni o atomi rimarrebbe ferma per tutta l’eternità, anche le disposizioni irregolari piene di attività. La scoperta è andata contro la saggezza convenzionale secondo cui i fenomeni quantistici sono cose fragili, osservabili solo a temperature estremamente basse. Ha anche aperto un buco nei fondamenti della termodinamica, il venerabile ramo della fisica che spiega fenomeni come il calore e l’entropia come inevitabili conseguenze dell’interazione di vasti sciami di particelle.

I risultati furono uno shock per i fisici Norman Yao, all'epoca uno studente laureato che ora è professore all'Università di Harvard. "Santo inferno", ricordava di aver pensato, usando una parola più forte di inferno. “Se questo è vero in un sistema interagente composto da molte particelle, allora la meccanica statistica fallisce. La termodinamica fallisce.”

Si diffuse la nozione di una nuova stabilità quantistica radicale. Ha ispirato i teorici a evocare un serraglio di nuove fasi della materia quantistica come i cristalli del tempo, sistemi che sostengono un comportamento ripetitivo indefinitamente senza assorbire energia. E gli ingegneri quantistici che combattono contro l’imperturbabilità dei qubit per costruire computer quantistici si sono rincuorati nel vedere questa indicazione che la loro battaglia poteva essere vinta.

“In un computer quantistico è necessario avere memoria delle proprie condizioni iniziali; altrimenti non puoi fare nulla”, ha detto Yao.

L’accumulo di prove ha raggiunto il picco nel 2014 con una rigorosa prova matematica che i modelli quantistici potrebbero effettivamente durare per sempre.

Negli ultimi anni, tuttavia, la promessa di strutture quantistiche eternamente stabili ha cominciato a vacillare. Tali modelli possono effettivamente durare per eoni, come hanno scoperto gli esperimenti rivoluzionari. Ma infuria il dibattito sulla questione se quegli eoni possano davvero estendersi all’eternità, come credono molti fisici. Analizzando la natura fondamentale del destino quantistico, i fisici coinvolti hanno scoperto fenomeni quantistici precedentemente sconosciuti che minacciano la stabilità di grandi orde di particelle.

"Pensavi di aver capito [questa idea] davvero bene, e ora non è più così", ha detto Vedika Khemani, un fisico dell'Università di Stanford. "È divertente. C’è ancora un mistero da risolvere.”

Un assaggio di eternità

Un primo accenno all’eternità quantistica fu colto da Phil Anderson, un fisico che sarebbe diventato una leggenda nel suo campo. Negli anni '1950, Anderson era ai Bell Labs a studiare quella che allora era la fisica all'avanguardia: il comportamento degli elettroni all'interno dei semiconduttori. Mentre cercava di comprendere alcuni sconcertanti risultati sperimentali, si ritrovò a pensare a un problema più astratto.

Era possibile, si chiedeva Anderson, intrappolare una singola particella quantistica sul posto?

È facile intrappolare un oggetto classico, come una palla da biliardo. Circondalo semplicemente di barriere, come le rotaie di un tavolo da biliardo. Ma le particelle quantistiche possono viaggiare ignorando completamente le barriere “incanalandosi” attraverso di esse. Il problema è che non possono viaggiare lontano. Il tunneling diventa difficile – cioè esponenzialmente improbabile – quanto più una particella cerca di andare lontano. Anderson si chiedeva quale ambiente potesse contenere un artista della fuga quantistica.

Il segreto, scoprì, era quello di inserire la particella in un paesaggio quantistico “disordinato”, costellato di picchi e valli. Ogni posizione avrebbe un'altezza casuale, che rappresenta un'energia casuale. In un materiale reale, questo disordine potrebbe derivare da impurità come atomi mancanti o atomi di elementi diversi.

Con sufficiente disordine, concluse Anderson, una particella non riuscirebbe mai a scavare un tunnel lontano. Per creare un tunnel, una particella deve trovare un luogo con un'energia simile (o ad un'altitudine simile) a quella da cui parte. E un maggiore disordine rende tali siti più scarsi. Osservando più a fondo il panorama, una particella potrebbe essere in grado di esplorare i siti candidati in una sequenza decente. Questa velocità potrebbe essere piuttosto elevata nelle dimensioni “superiori” come i piani 2D e i mattoni 3D, dove la particella ha più opzioni a sua disposizione. Ma la difficoltà esponenziale di raggiungere quei luoghi aumenterebbe sempre più velocemente, rendendo lo scavo di un tunnel una proposta improbabile.

Il tunneling non era sufficiente, sosteneva Anderson una carta 1958. Un paesaggio disordinato di qualsiasi dimensione “localizzerebbe” una particella. Il lavoro rimase sostanzialmente non letto per anni, anche se alla fine gli avrebbe aiutato a garantirgli una quota del libro Premio Nobel per la fisica 1977.

Sebbene le riflessioni di Anderson fossero state ispirate dagli elettroni in un semiconduttore, la sua inquadratura rivela che stava pensando in modo più astratto. L'anomalia che lo aveva motivato era una misteriosa resistenza tra gli elettroni a un processo noto come termalizzazione. Ha cercato di capire più profondamente quando un sistema sarebbe o meno termalizzato. Non fu il primo fisico a studiare questo fenomeno, ma le domande che sollevò nel suo lavoro avrebbero catturato l'immaginazione di una generazione successiva di fisici.

"Era 50 anni in anticipo sui tempi", ha detto David Huse, un fisico dell'Università di Princeton.

Nel linguaggio quotidiano, la termalizzazione è la tendenza naturale dei sistemi a confondersi. Un nuovo mazzo di carte perde rapidamente il suo ordine originale. Un castello di sabbia si trasforma in un pezzo di sabbia bagnata. In termodinamica, questa tendenza è una diretta conseguenza della statistica. Ci sono solo pochi modi per essere ordinati e un numero enorme di modi per essere mescolati, quindi è estremamente probabile che un sistema inizialmente ordinato finisca per mescolarsi.

La caratteristica fondamentale della termalizzazione è che qualsiasi modello iniziale viene cancellato dalla miscelazione. Qualsiasi punto caldo iniziale o concentrazione di energia, ad esempio, si diffonde fino a quando non è più possibile alcuna ulteriore diffusione. A questo punto, il sistema diventa stabile e smette di cambiare sensibilmente: uno scenario che i fisici chiamano equilibrio termico.

In retrospettiva, i fisici vedono che il lavoro di Anderson conteneva i semi di una ribellione contro la termalizzazione. Aveva dimostrato che un paesaggio disordinato poteva intrappolare una particella. La domanda chiave divenne: sarebbe riuscito a localizzare molte particelle? Se le particelle rimanessero bloccate sul posto, l’energia non si diffonderebbe e il sistema non si termalizzerebbe mai. Come l’opposto della termalizzazione, la localizzazione rappresenterebbe un tipo completamente nuovo di stabilità, un modo inaspettato in cui i modelli quantistici di energia persistano per sempre.

“Sapere se la termalizzazione è una cosa universale che avviene in un sistema chiuso, o se può crollare completamente”, ha detto Maissam Barkeshli, fisico dell’Università del Maryland, “è una delle domande fondamentali della fisica”.

Rispondere a questa domanda, tuttavia, richiederebbe la risoluzione di un problema che ha fatto sembrare il lavoro di Anderson, vincitore del Premio Nobel, un riscaldamento. Il problema fondamentale è che i gruppi di particelle possono influenzarsi a vicenda in modi enormemente complessi. La contabilizzazione di queste interazioni si rivelò così complicata che sarebbero trascorsi quasi 50 anni tra l'articolo di Anderson del 1958 e i primi seri tentativi di comprendere la localizzazione nei sistemi a molte particelle, che i fisici chiamano localizzazione a molti corpi.

L’incredibile risposta che sarebbe emersa, mezzo secolo dopo, era che la termalizzazione non è sempre inevitabile. A dispetto della termalizzazione, la localizzazione a molti corpi sembrava possibile.

"Si infrange le leggi della termodinamica", ha detto Wojciech De Roeck, fisico della KU Leuven in Belgio. “Significa che il caos non sempre vince”.

L’ascesa della localizzazione a molti corpi

Il sequel di successo del lavoro di Anderson arrivò nel 2005, quando Denis Basco, Igor Aleiner ed Boris Altshuler, fisici con affiliazioni alle università di Princeton e Columbia, pubblicarono un documento fondamentale che avrebbe reso immediatamente riconoscibili le loro iniziali ai ricercatori del settore. In esso, la BAA ha studiato se le impurità atomiche in un metallo potrebbero localizzare gli elettroni, intrappolandoli vicino agli atomi e trasformando il materiale conduttore in un isolante.

In pagine 88 di una fitta matematica comprendente 173 equazioni numerate e 24 figure (escluse le appendici), la BAA ha dimostrato che un materiale disordinato può effettivamente fermare gruppi di elettroni nel loro percorso, proprio come Anderson aveva dimostrato che poteva fermare una particella. Il loro lavoro ha effettivamente lanciato lo studio della localizzazione a molti corpi, o MBL.

"È stato davvero un tour de force", ha detto Khemani. “Hanno dimostrato che l’MBL è stabile in tutte le dimensioni”. Anche il lavoro era impenetrabile. I ricercatori ci credevano ma non lo capivano abbastanza bene per basarsi su di esso. "Nessuno potrebbe davvero fare il calcolo BAA oltre a loro", ha detto Jed Pixley, fisico della materia condensata della Rutgers University.

Ma la scoperta della BAA ha avuto qualche effetto in tutto il campus di Princeton. Basko lo ha detto al suo amico Vadim Oganesyan, che ne ha discusso con il suo consigliere, David Huse. I due stavano già eseguendo simulazioni al computer che avrebbero permesso loro di testare le idee della BAA in modo più diretto nel contesto più astratto della termalizzazione.

Nelle loro simulazioni, Huse e Oganesyan hanno creato catene di particelle quantistiche che potrebbero puntare verso l'alto o verso il basso e potrebbero capovolgere le particelle vicine. Quando hanno aggiunto sempre più disordine, secondo la ricetta di localizzazione, hanno visto segni che le catene di particelle stavano passando da uno scenario termalizzante (dove, diciamo, una particella che si ribalta rapidamente diffonderebbe la sua energia e inizierebbe a ribaltare le sue vicine) a uno quasi scenario localizzato (dove la particella manterrebbe la sua energia). La transizione dalla termalizzazione alla localizzazione a un certo livello di disordine somigliava piuttosto a transizioni tra fasi della materia, come tra liquido e ghiaccio, che avvengono a una certa temperatura.

La MBL potrebbe qualificarsi come una sorta di fase? Le fasi hanno uno status speciale in fisica. Hanno anche una definizione speciale. Fondamentalmente, una fase della materia deve essere stabile per un periodo di tempo infinitamente lungo e per un sistema infinitamente grande. Se davvero ci fosse una transizione tra termalizzazione e localizzazione, e se la localizzazione avvenisse indefinitamente per sistemi infiniti, forse i due tipi di stabilità potrebbero essere pensati come fasi a sé stanti.

Oganesyan e Huse non potevano simulare catene infinitamente lunghe per tempi infinitamente lunghi (potrebbero fare circa una dozzina di particelle), quindi non furono sorpresi di vedere segni imperfetti di localizzazione. Ma man mano che le loro catene si allungavano, la transizione verso la localizzazione si faceva più netta. Il loro primo lavoro, pubblicato nel 2006, ha suggerito l'intrigante possibilità che per catene infinitamente lunghe con sufficiente disordine possa esistere una fase di localizzazione.

Forse ancora più importante, le loro simulazioni erano facili da capire. "David ha fatto il calcolo in modo che chiunque potesse farlo", ha detto Pixley.

Successivi studi numerici supportarono l’idea che un paesaggio aspro potesse localizzare l’energia, e i fisici iniziarono a considerarne le implicazioni. Diluvi di energia, spesso sotto forma di calore, spazzano via fasi delicate della materia quantistica. Ma se picchi sufficientemente frastagliati riuscissero a fermare la diffusione dell’energia, le strutture quantistiche potrebbero sopravvivere effettivamente a qualsiasi temperatura. "È possibile ottenere fenomeni che realmente associamo e comprendiamo solo a temperatura zero", ha affermato Anushya Chandran, un fisico della Boston University che ha studiato MBL come studente laureato a Princeton.

Una struttura quantistica di alto profilo nata dalla MBL è stata uno schema nel tempo. Capovolgi un'estremità di una catena di particelle a una certa velocità e l'intera catena potrebbe capovolgersi tra due configurazioni senza assorbire l'energia derivante dal capovolgimento. Questi "cristalli di tempo" erano una fase esotica della materia fuori equilibrio, possibile solo perché un paesaggio sufficientemente disordinato impediva a qualsiasi concepibile disposizione di particelle di raggiungere l'equilibrio termico.

"Non esiste alcun analogo", ha detto Khemani, che arrivò a Princeton in questo periodo e avrebbe continuato a svolgere un ruolo pionieristico nella comprensione e nella creazione dei cristalli del tempo. "Si tratta di un cambiamento di paradigma completo."

L'ultimo pezzo del puzzle teorico è andato a posto nel 2014, quando Giovanni Imbrie, un fisico matematico dell'Università della Virginia, dimostrò che se potessimo mettere insieme una catena infinita di particelle con sufficiente disordine, qualsiasi configurazione rimarrebbe localizzata. Nonostante la capacità delle particelle di interagire con le loro vicine, continuerebbero individualmente a fare le proprie cose per sempre.

La rigorosa dimostrazione matematica, rara in fisica, è stata il risultato di cinque anni di sforzi. Tutto ciò garantiva che la localizzazione fosse possibile, consolidando il suo status di fase. "Quando fai un argomento matematico, devi considerare ogni possibilità", ha detto Imbrie. "Fa parte della bellezza."

Nello stesso periodo, i fisici con laboratori specializzati nella manipolazione degli atomi freddi stavano confermando che le particelle reali si comportavano più o meno allo stesso modo di quelle digitali. Modesti numeri di atomi separati da montagne di luce si diffondono a un ritmo glaciale, entrambi i tempi disposti in linee 1D e quando disposti in griglie 2D.

Con una preponderanza di prove sperimentali, matematiche e numeriche, MBL sembrava destinato a entrare nel pantheon delle transizioni di fase insieme al magnetismo e alla superconduttività. I fisici si aspettavano che un’ampia varietà di sistemi diversi in diverse dimensioni potessero ignorare palesemente il loro presunto destino termodinamico.

Nel 2022, l'American Physical Society ha assegnato ad Altshuler, Huse e Aleiner il prestigioso premio Premio Lars Onsager, dal nome del fisico matematico che dimostrò che a modello di cartone animato catturato la transizione di fase quando un materiale si magnetizzava.

Ma ancor prima che i premi venissero assegnati, l’idea di strutture infinitamente durevoli aveva cominciato a sgretolarsi.

L'inizio dell'oscillazione

La prima scossa si verificò circa un anno e mezzo dopo la dimostrazione di Imbrie.

Ricordiamo che si ritiene che la transizione dalla termalizzazione alla localizzazione avvenga come le transizioni tra fasi familiari della materia. Quando il metallo si magnetizza, ad esempio, alcune proprietà cambiano a velocità particolari, descritte da equazioni calcolate meticolosamente. Valori particolari in queste equazioni hanno determinati esponenti, come il 2 pollici x².

Per una vera transizione di fase in una dimensione, i matematici avevano dimostrato che due di questi esponenti dovevano essere maggiori di 2. Ma le simulazioni MBL avevano riscontrato che erano 1: un grave disaccordo. In un prestampa ancora inedita pubblicato nel 2015, Oganesyan e Chandran, insieme a Christopher Laumann della Boston University, hanno dimostrato che il disadattamento non era solo un banale effetto collaterale dello studio delle catene corte piuttosto che di quelle infinite. Qualcosa di più fondamentale sembrava fuori posto.

"Hanno esaminato attentamente la questione", ha detto Huse. "Ma non siamo riusciti a capire cosa c'era che non andava."

Negli anni successivi si verificò una serie di shock più grandi. Immagina il tipo di paesaggio montuoso che porterebbe a MBL. Ora estendi quel paesaggio all'infinito in tutte le direzioni. Se ne esplori abbastanza in modo casuale, a un certo punto sei destinato a imbatterti in una zona piatta estesa.

Le particelle in una zona piatta possono facilmente trovare stati di energia simile verso cui creare tunnel, quindi si mescolano e si termalizzano. In una regione del genere abbondano gli stati energetici, il che aumenta le probabilità che una particella nelle montagne vicine possa entrare in contatto e termalizzarsi essa stessa, ha affermato De Roeck della KU Leuven e François Huveneers, che allora era all'Università di Parigi-Dauphine in Francia. Pertanto, la zona pianeggiante può fungere da fonte di energia termalizzante.

Ma una patch così piccola potrebbe mettere in ginocchio l’intero sistema? Lo scenario intuitivamente sembrava plausibile quanto una vasca idromassaggio a Denver che causava crolli a Vail, Breckenridge e Telluride. I fisici non lo accettarono subito. Quando De Roeck e Huveneers sollevarono questa possibilità durante le conferenze, i loro discorsi provocarono esplosioni di rabbia da parte del pubblico.

"È stata una grande sorpresa", ha detto De Roeck. “Molte persone all’inizio non ci credevano.”

In una serie di articoli a partire dal 2016, De Roeck, Huveneers e collaboratori hanno presentato le loro argomentazioni a favore di un processo ora noto come valanga. Sostenevano che, a differenza di una vasca idromassaggio, ciò che inizia come una goccia di particelle termalizzate può trasformarsi in un oceano come una valanga.

"Si dispone di un bagno di calore e questo recluta i siti vicini nel bagno di calore", ha detto Imbrie. “Diventa sempre più forte e attira sempre più siti. Questa è la valanga.

La questione cruciale era se una valanga avrebbe guadagnato slancio o lo avrebbe perso. Ad ogni passo, il bagno di calore diventerebbe davvero un serbatoio di energia più grande e migliore. Ma ogni passaggio rendeva anche più difficile la termalizzazione del sito successivo. Ricordando la localizzazione della singola particella di Anderson, il dibattito si è ridotto a una gara tra due effetti: il miglioramento del bagno contro la sua difficoltà a crescere ulteriormente.

De Roeck e Huveneers sostenevano che le valanghe avrebbero vinto in due e tre dimensioni, perché accumulavano stati energetici in modo incredibilmente rapido, a ritmi legati alla loro area in rapida crescita (in 2D) o al volume (in 3D). La maggior parte dei fisici arrivò ad accettare che le valanghe in questi paesaggi fossero inarrestabili, rendendo l'MBL una prospettiva remota in lastre o mattoni.

Ma la possibilità di MBL in catene unidimensionali è sopravvissuta, perché una valanga che travolge una linea accumula stati energetici più lentamente. In effetti, il bagno di calore diventa più potente all’incirca allo stesso ritmo con cui aumenta la difficoltà di crescita. Era un pareggio. Le valanghe potrebbero continuare in 1D o potrebbero fermarsi.

Altri fisici, nel frattempo, sono diventati scettici sul fatto che MBL possa esistere anche in una catena 1D. Nel 2019, un team di esperti sloveni del caos tra cui Tomaž Prosen hanno rianalizzato vecchi dati numerici e hanno evidenziato il fatto che man mano che il paesaggio diventava più montuoso, la termalizzazione rallentava enormemente ma non si è mai fermato del tutto - una verità scomoda che i ricercatori dell'MBL avevano considerato un artefatto delle loro simulazioni su piccola scala. Anatoli Polkovnikov dell'Università di Boston e Asciuga Sels, ora della New York University e del Flatiron Institute, tra gli altri ricercatori, sono arrivati conclusioni simili. Le loro argomentazioni sfidavano direttamente il fascino centrale di MBL: la promessa di vita eterna per un castello di sabbia quantistico.

“A livello dei teorici che parlano di MBL”, ha detto Chandran, “esiste un regime onesto a Dio in cui [il tempo di termalizzazione] non è solo l’età dell’universo, e non possiamo vederlo. No, è davvero infinito.”

Seguì un acceso dibattito, sia nella letteratura accademica che nelle discussioni private. Sels e Huse hanno trascorso ore su Zoom nel pieno della pandemia. A volte si sono parlati, ma ognuno attribuisce all'altro intuizioni produttive. I dettagli della controversia sono estremamente tecnici e nemmeno i ricercatori coinvolti possono articolare completamente tutte le prospettive. Ma alla fine, le loro differenze si riducono al fatto che ogni campo fa un'ipotesi diversa, estremamente istruita, su cosa vedresti se potessi guardare una catena di particelle capovolgersi per sempre.

Le due parti non sono ancora d'accordo sull'esistenza di una vera fase MBL in una dimensione, ma un risultato concreto dello scontro è che ha spinto i ricercatori a esaminare attentamente l'effetto che le valanghe potrebbero avere sulla presunta insorgenza di MBL.

I gruppi scettici “avevano alcuni ottimi punti, ma li hanno spinti un po’ troppo oltre”, ha detto Huse. "Ci ha davvero motivati."

Huse, collaborando con un team di veterani dell'MBL tra cui Khemani, ha escogitato un modo per simulare l'effetto di una valanga sulle catene corte senza effettivamente innescarne una. (Nessuno ha visto una valanga, nemmeno numericamente, perché per ottenere un punto piatto abbastanza grande potrebbe essere necessaria una catena lunga miliardi di particelle, stima Sels, e i ricercatori in genere studiano catene di circa 12.) Sels successivamente sviluppò il suo modello di valanga: su.

I due gruppi si ripresero simile conclusioni nel 2021: la transizione MBL, se esistesse, richiederebbe un paesaggio molto più montuoso di quanto i ricercatori avessero creduto. Con il livello di robustezza precedentemente ritenuto tale da determinare l’MBL, la termalizzazione rallenterebbe, ma non si fermerebbe. Per dare ai pupazzi di neve quantistici una possibilità di combattere le valanghe, il paesaggio dovrebbe essere più disordinato di quanto Huse e soci sospettassero. Il gruppo di Huse inizialmente scoprì che le montagne avrebbero dovuto essere almeno due volte più aspre. Il lavoro di Sels ha spinto quel numero fino ad almeno sei volte più accidentato, rendendo le montagne più simili all'Himalaya che alle Montagne Rocciose. L’MBL potrebbe ancora verificarsi in questi contesti estremi, ma la teoria che era stata costruita attorno alla transizione meno accidentata presentava effettivamente dei problemi.

"In un certo senso l'abbiamo accettato troppo completamente e non ne abbiamo considerato le sottigliezze", ha detto Huse.

Nei lavori del 2021, i ricercatori hanno riscritto e ampliato il diagramma di fase MBL per catene 1D. Nelle pianure simili al Kansas, le particelle si termalizzano rapidamente. Nelle Montagne Rocciose, i ricercatori hanno riclassificato la “fase” MBL come “regime pre-termico”. Questo è il regime apparentemente stabile scoperto dalla BAA, dalle simulazioni di Princeton e dagli esperimenti atomici. Ma ora i ricercatori erano giunti alla conclusione che se si fosse aspettato un tempo estremamente lungo – letteralmente miliardi di anni per alcune configurazioni – le particelle separate dalle Montagne Rocciose si sarebbero infatti mescolate e termalizzate.

Al di là delle Montagne Rocciose si trova l'Himalaya. Quello che succede lì rimane una questione aperta. Sels e Prosen sono convinti che l'energia si diffonderà e alla fine avverrà la termalizzazione, anche se ci vorranno eoni. Huse e l'azienda continuano a credere che il vero MBL si instauri.

La principale delle loro ragioni per credere nell’MBL è la prova del 2014. Dei numerosi pilastri di prova a sostegno dell'esistenza del vero MBL, la prova di Imbrie è l'ultima in piedi. E dopo una carriera nello sviluppo di strumenti matematici su misura proprio per questo tipo di problemi, mantiene la sua posizione.

"Non è raro in matematica avere un errore in una dimostrazione", ha detto, "ma penso di sapere quello che sto facendo."

La dimostrazione, tuttavia, divide i fisici, perché i fisici non la capiscono. Non è per mancanza di tentativi. Laumann una volta convinse Imbrie a insegnare la dimostrazione a lui e a una manciata di ricercatori nel corso di una settimana in Italia, ma non riuscirono a seguire i passaggi in dettaglio. Ciò non è del tutto sorprendente, tuttavia, poiché i fisici in genere usano la matematica in un modo più rapido e flessibile rispetto ai matematici. L'argomentazione di Imbrie non dipende da alcun livello specifico di asperità del paesaggio, quindi le recenti revisioni del diagramma di fase MBL non la minano in alcun modo. Per determinare se MBL esiste davvero, i ricercatori dovranno impegnarsi e trovare un problema nella dimostrazione o verificare ogni riga.

Tali sforzi sono in corso. Sels e collaboratori affermano che stanno finalizzando un argomento che contraddirà quello di Imbrie. Nel frattempo, De Roeck e Huveneers, i matematici che hanno scoperto il pericolo delle valanghe, sono impegnati da due anni nel tentativo di riscrivere la dimostrazione di Imbrie in una forma più accessibile. De Roeck dice che hanno messo a posto tutti gli elementi principali e finora la logica sembra solida.

"MBL, credo che esista", ha detto De Roeck. Ma “stiamo facendo matematica qui, quindi qualsiasi piccolo problema può far deragliare il tutto”.

Oltre gli angeli quantistici

Nell’universo in cui abitiamo, che si termalizzerà entro un numero incomprensibile di anni, la permanenza è sempre una sorta di illusione. Manhattan sta affondando sotto il suo stesso peso 1.6 centimetri per decennio. I continenti si fonderanno tra circa 250 milioni di anni. E mentre lo è un mito Poiché il fondo delle vetrate medievali si è leggermente ispessito nel corso dei secoli, i fisici ritengono che il vetro scorra lungo un periodo di tempo sconosciuto, probabilmente molti miliardi di anni o più.

Se MBL si rivela instabile, un sistema localizzato a molti corpi sarà durevole almeno quanto uno qualsiasi di questi esempi. Lo stesso vale per i fenomeni quantistici che dipendono dagli stati MBL. I cristalli del tempo, ad esempio, potrebbero perdere la loro designazione da manuale come “fasi della materia”, ma sarebbero comunque in grado di continuare a ticchettare per molto, molto più tempo dei computer quantistici che li simulano (o degli esseri umani che utilizzano i computer, per esempio). quello importa). Molti accademici si preoccupano profondamente della possibilità matematica di sconfiggere la termalizzazione in quanto bella questione accademica quale è. Ma di questi tempi, la maggior parte non ci perde molto il sonno.

"Forse erano sempre gli angeli che danzavano sulla capocchia di uno spillo", ha detto Chandran.

Invece, Chandran e altri si sono divertiti con la possibilità di scoprire un nuovo fenomeno che causa la termalizzazione, che i fisici potrebbero effettivamente osservare in piccoli sistemi.

Nel 2018, lei e il suo collaboratore Philip Crowley avevano deciso di capire perché le piccole catene sembravano termalizzarsi lentamente anche se erano troppo piccole perché si formassero punti piatti. I due hanno stabilito che gruppi di particelle occasionalmente avevano fortuna e prendevano in prestito energia da un gruppo vicino nella quantità esatta di cui avevano bisogno per passare a una nuova configurazione. Hanno soprannominato queste coincidenze “risonanze” e hanno osservato come tendessero a diffondersi da gruppo a gruppo, portando a una termalizzazione prolungata in sistemi troppo piccoli per le valanghe. Nel 2020, hanno dimostrato che le risonanze possono spiegare la mancata corrispondenza degli esponenti del 2015 molte delle caratteristiche di pesce che sono emersi in esperimenti numerici, intuizioni che hanno aiutato Huse e l’azienda ad aggiornare il diagramma di fase per le filiere corte nel 2021.

Oggi i fisici ritengono che le risonanze destabilizzino catene modeste con disordine di livello delle Montagne Rocciose, mentre le valanghe destabilizzano catene più lunghe a livelli di disordine più elevati.

Mentre Chandran e altri migliorano le loro simulazioni ed esperimenti ed esplorano catene più lunghe e robuste, si chiedono cos’altro potrebbe nascondersi nell’Himalaya e oltre.

"Sembra che ci sia altra fisica in corso lì dentro", ha detto Huse. “Sarebbe meglio per me. Mi piace scoprire cose nuove.”

Nota dell'editore: alcuni ricercatori che compaiono in questo articolo hanno ricevuto finanziamenti dalla Simons Foundation, che finanzia anche questa rivista editorialmente indipendente. Le decisioni di finanziamento della Simons Foundation non hanno alcuna influenza sulla nostra copertura. Maggiori dettagli disponibili qui.