L’insegnamento delle materie scientifiche, aggiornato con la complessità attuale delle ricerche nei diversi campi delle scienze esatte, è un compito spesso arduo se rivolto a quegli studenti, e sembra siano un numero consistente se non la maggioranza considerando gli istituti di ogni indirizzo, che sono piuttosto refrattari a questo genere di studio. Occorrerebbero tecniche e metodologie innovative.
È quello che hanno considerato un gruppo di ricercatori che hanno organizzato un ballo con studenti della Orange Glen High School di Escondido per spiegare gli isolanti topologici. La loro idea di fondo, appunto, era che per spiegare un concetto scientifico teorico agli studenti delle scuole superiori è necessario un modo di pensare completamente nuovo.
La scienza può essere molto difficile da far capire alla gente comune. Le teorie attuali sono tanto complesse e sviluppate che qualsiasi sottocampo della scienza può essere difficile da spiegare a un altro scienziato che studia in un'area diversa.
L’esperimento organizzato dai ricercatori dell’Università della California di San Diego con il ballo è stato condotto dall'ex studente laureato Matthew Du e dal professore associato di chimica e biochimica presso l'Università della California a San Diego Joel Yuen-Zhou.
"Penso che il concetto sia semplice" ha affermato Yuen-Zhou. "Ma la matematica è molto più difficile. Volevamo dimostrare che queste idee complesse nella fisica e nella chimica teoriche e sperimentali non sono in realtà così impossibili da comprendere come si potrebbe pensare inizialmente".
Gli isolanti topologici sono un tipo relativamente nuovo di materiale quantistico che ha proprietà isolanti all'interno, ma conduttive all'esterno.
Per usare un alimento distintivo della California meridionale, spiegano gli studiosi, se un isolante topologico fosse un burrito, il ripieno sarebbe isolante e la tortilla sarebbe conduttiva.
Poiché gli isolanti topologici sono in grado di sopportare un certo disordine e deformazione, possono essere sintetizzati e utilizzati in condizioni in cui possono sorgere imperfezioni. Per questo motivo, sono promettenti nelle aree del calcolo quantistico e dei laser, e nella creazione di dispositivi elettronici più efficienti.
Per dare vita a questi materiali quantistici, i ricercatori hanno creato una pista da ballo (isolante topologico) creando una griglia con pezzi di nastro blu e rosso. Poi, per coreografare la danza, il dottor Du ha creato una serie di regole che governavano il modo in cui i singoli ballerini si dovevano muovere.
Queste regole si basano su ciò che è noto come “hamiltoniano” nella meccanica quantistica. Gli elettroni obbediscono alle regole date da un hamiltoniano, che rappresenta l'energia totale di un sistema quantistico, inclusa l'energia cinetica e potenziale. L'hamiltoniano codifica le interazioni dell'elettrone nell'energia potenziale del materiale.
Ogni ballerino (elettrone) aveva una coppia di bandiere e gli veniva dato un numero che corrispondeva a un movimento:
1 = sventolare le bandiere con le braccia rivolte verso l'alto
0 = fermarsi
-1 = sventolare le bandiere con le braccia rivolte verso il basso
Le mosse successive si basavano su ciò che faceva un ballerino vicino e sul colore del nastro sul pavimento. Un ballerino imitava un vicino con il nastro blu, ma faceva l'opposto di un vicino con il nastro rosso. Errori commessi a livello individuale o ballerini che lasciavano la pista non interrompevano la danza complessiva, esibendo in questo modo la robustezza degli isolanti topologici.
Oltre alla topologia, il laboratorio di Yuen-Zhou studia anche i processi chimici e la fotonica, ed è stato realizzato pensando alle onde luminose e al fatto che anche il movimento di un gruppo di persone assomiglia a un'onda.
Questo ha dato a Yuen-Zhou l'idea di usare la danza per spiegare un argomento complesso come gli isolanti topologici. Implementare questa idea sembrava una sfida divertente per Du, che attualmente è un ricercatore post-dottorato presso l'Università di Chicago e prende lezioni di salsa nel tempo libero.
Du, che proviene da una famiglia di insegnanti ed è impegnato nella divulgazione scientifica, afferma che il progetto gli ha fatto apprezzare la capacità di condensare la scienza nei suoi elementi più semplici.
"Volevamo “smitizzare” questi concetti in un modo non convenzionale e divertente" ha affermato. "Spero che gli studenti siano riusciti a vedere che la scienza può essere resa comprensibile e piacevole collegandola alla vita di tutti i giorni".
