Fisica - Libretto per gli studenti 2012-2013 - Dip. Fisica - Sapienza

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Le ricerche in fisica alla Sapienza
Fisica della materia
Si indica generalmente come “fisica della materia” quella parte della fisica
che studia, anziché le proprietà dei costituenti “elementari” nella loro individualità
e le caratteristiche ancora sconosciute delle interazioni che si esercitano
tra di essi, i comportamenti e le proprietà tipici di aggregati di numerosissimi
costituenti di cui sono ben note le proprietà individuali e quelle delle
forze che li legano (si tratta in sostanza di interazioni elettromagnetiche), ma
che presentano talvolta comportamenti nuovi e inediti dovuti al gran numero
di componenti dei sistemi in esame. Le domande che si pongono in questo
settore sono le più disparate, e spaziano da questioni di immediato interesse
applicativo a quesiti di carattere assolutamente fondamentale.
La superconduttività
Ad esempio, uno dei problemi di fisica della materia più dibattuti negli ultimi
decenni è l’origine della superconduttività ad alta temperatura in certi materiali
ceramici. I superconduttori sono noti fin dall’epoca della Prima guerra
mondiale e il loro funzionamento è stato compreso negli anni Cinquanta del
Novecento. Sono metalli che al di sotto di una temperatura molto vicina allo
zero assoluto (-273 °C) offrono una resistenza assolutamente nulla al passaggio
della corrente. A causa di ciò, ad esempio, in un semplice filo superconduttore
chiuso su se stesso, e senza che vi sia inserito alcun generatore,
la corrente può scorrere per un tempo infinito. I superconduttori oggi sono
usati soprattutto per ottenere alti campi magnetici, come quelli che tengono
sollevati i treni a levitazione magnetica (vedi foto) e che incurvano la traiettoria
delle particelle che viaggiano quasi alla velocità della luce nei grandi
acceleratori. Tuttavia le bassissime temperature necessarie al loro funzionamento
richiedono l’uso di refrigeranti costosi e complicati da maneggiare,
come l’elio liquido che bolle a -269 °C.
Un treno a levitazione magnetica come questo, grazie ai suoi
magneti superconduttori, trasporta i passeggeri a 550 km/h tra
la città di Shanghai e il suo aeroporto.