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Terapia anti-invecchiamento per stelle

Terapia anti-invecchiamento per stelle

Rappresentazione schematica delle strutture a più piani degli elettroni studiate dai ricercatori. Crediti: IBS, modificata da freepiks.com

Quando una stella di grande massa esaurisce il proprio carburante non può far altro che crollare su se stessa in un collasso gravitazionale. Esiste un modo per rallentare questo processo di invecchiamento? Stando a quanto scoperto da un team internazionale di ricercatori la risposta potrebbe essere affermativa. Il team ha ideato un materiale che potrebbe essere in grado di memorizzare dati per un periodo di tempo molto più lungo rispetto ai dispositivi attualmente a nostra disposizione. Lo studio è stato pubblicato sul Journal of High Energy Physics. La grande mole di dati che produciamo e sfruttiamo ogni giorno ha una data di scadenza molto breve: hard disk e altri dispositivi di archiviazione possono durare al massimo una manciata di anni. Per essere sicuri di conservare i nostri documenti digitali dobbiamo salvarli regolarmente da un dispositivo all’altro, e questa è una grossa limitazione. Un modo per superare questo limite è ragionare a livello quantistico. Il principio dell’entanglement ci dice che il calore e le informazioni sono intimamente connessi. Con la miniaturizzazione digitale stiamo portando la tecnologia ai suoi limiti quantistici: le informazioni vengono memorizzate su dispositivi di scale sempre più piccole, contro la loro naturale tendenza a diffondersi e generare più calore. La dissipazione dell’energia è un processo naturale, a meno che questa non venga schermata e confinata. Nel caso dei dispositivi di memoria, questo significa che gli elettroni o gli atomi che possiedono informazioni devono rimanere il più possibile isolati. Per trovare il sistema più efficace alla localizzazione di atomi ed elettroni, il team ha lavorato sul concetto di supersimmetria. «Secondo la supersimmetria, ogni particella ha un partner, ad esempio un elettrone ha un selettrone della stessa energia e massa», spiega Soo-Jong Rey, ricercatore dell’Institute for Basic Science e coautore dello studio. «Grazie a questi accoppiamenti il sistema può essere studiato con carta e penna, senza bisogno di ricorrere a simulazioni complesse, qualsiasi sia il numero di particelle coinvolte». A partire dai principi matematici della supersimmetria, gli scienziati hanno teorizzato un materiale che potrebbe memorizzare dati per un periodo «esponenzialmente più lungo rispetto ai dispositivi di memoria attuali».

Il materiale “a lunga tenuta” ha un’architettura speciale di livelli energetici per gli elettroni. Ogni livello può essere immaginato come il piano di un palazzo, ma la forma del palazzo sembra essere diversa a seconda del tipo di atomo. Più l’elettrone è energetico più si troverà in alto il piano da lui occupato. Nel caso del silicio il palazzo assomiglia a una piramide rovesciata. Gli elettroni coinvolti nell’archiviazione dei dati saranno quelli ai piani superiori. Nel tempo, gli elettroni che si trovano ai piani più alti potranno scambiare energia o dati con quelli nei piani inferiori, e a lungo andare questo porterà allo scrambling quantistico, ovvero al mescolamento delle informazioni possedute dagli elettroni, perdendo la possibilità di risalire a quelle originali. Il materiale proposto dal team di ricercatori, invece, si può rappresentare con un palazzo che si assottiglia rapidamente verso i piani più alti. In questo caso la maggior parte degli elettroni si troverà ai primi piani, poiché non c’è molto spazio nei piani superiori. Le interazioni tra piani saranno più rare, e in questo modo i dati degli elettroni che si trovano ai piani superiori verranno conservati per un tempo molto maggiore. «La seconda legge della termodinamica afferma che l’entropia non può diminuire, ma non spiega quanto tempo ci vuole affinché uno stato ordinato diventi caotico», spiega Ray. «Alla fine, ovviamente, il palazzo crollerà, ma vogliamo assicurarci che questa vittoria arriverà dopo molto tempo».

Sebbene non esista ancora un materiale con livelli energetici simili, questo studio potrà aiutare gli scienziati e gli ingegneri che si occupano di nuovi materiali e dispositivi di memoria per lo sviluppo di nuovi sistemi con capacità di memorizzazione più avanzate. E questo come può aiutare le stelle di grande massa a invecchiare meno precocemente? I ricercatori hanno ipotizzato che questo materiale ideale, in grado di immagazzinare le informazioni più a lungo, potrebbe spingersi a rallentare il processo che porta al collasso delle stelle. Solo i prossimi sviluppi di questa teoria potranno darci risposte in tal senso.

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