Una teoria capace di descrivere l'energia estraibile da sistemi fisici molto diversi tra loro, dagli atomi alle galassie. È il risultato raggiunto da Michele Campisi, ricercatore del Cnr Nano, autore di uno studio che propone un quadro teorico unificato per l'ergotropia, ovvero la massima quantità di energia utilizzabile che può essere estratta da un sistema fisico.
Il riconoscimento di EPL come "Editor's Choice" premia i lavori considerati di particolare rilevanza e interesse dalla redazione della rivista, confermando il valore internazionale della ricerca sviluppata a Pisa.
Il lavoro, pubblicato sulla rivista scientifica EPL e selezionato come "Editor's Choice", mette in relazione concetti che fino a oggi erano stati sviluppati separatamente in diversi ambiti della ricerca, dalla termodinamica quantistica alla fisica dei fluidi, passando per la fisica dei plasmi e l'astrofisica.
"Scienziati che lavoravano in campi differenti si stavano sostanzialmente ponendo la stessa domanda, cioè quanta energia può essere estratta da un sistema, spesso senza essere consapevoli dei risultati ottenuti dagli altri", ha detto Campisi. "In questo lavoro abbiamo unificato questi approcci apparentemente distanti in un quadro coerente e generale".
L'ergotropia rappresenta una misura fondamentale per comprendere quanta energia sia effettivamente recuperabile da un sistema termicamente isolato. Lo studio mostra come le formulazioni classiche e quantistiche possano essere ricondotte a un unico schema analitico, applicabile a scale molto diverse.
Le possibili ricadute non riguardano soltanto la ricerca teorica. Dalle batterie quantistiche ai materiali avanzati, fino ai sistemi energetici complessi e ai plasmi destinati alla fusione nucleare, la nuova teoria offre strumenti per comprendere meglio i processi di estrazione e conversione dell'energia.
"Quanta energia può essere estratta da un singolo atomo, da un materiale o da un fluido turbolento come l'atmosfera o persino una galassia?", ha detto ancora Campisi. "Tutte queste domande possono essere affrontate nell'ambito della teoria unificata dell'ergotropia presentata in questo lavoro".
Uno degli aspetti più originali della ricerca è il carattere fortemente interdisciplinare. Il lavoro crea infatti un collegamento tra discipline che finora avevano seguito percorsi indipendenti, favorendo lo scambio di metodi e idee tra il mondo della fisica classica e quello della fisica quantistica.
Lo studio affronta inoltre il tema della coerenza quantistica, mostrando come alcune caratteristiche tradizionalmente associate ai fenomeni quantistici possano manifestarsi anche nel regime classico, aprendo nuove prospettive di ricerca.
L'idea è nata durante l'attività didattica del ricercatore all'Università di Pisa. "Mentre preparavo le lezioni del mio corso di Termodinamica Quantistica all'Università di Pisa, mi sono reso conto che problemi correlati erano stati studiati decenni fa nella fisica dei plasmi e nell'astrofisica. Da lì è nata l'idea di collegare questi diversi approcci teorici in una struttura unificata", ha detto Campisi.