Novant'anni di particelle che si comportano come onde, e un amico cane

La figura chiave dell'articolo di Davisson e Germer del 1928

Quest'anno ricorrono i 90 anni dalla pubblicazione del risultato dell'esperimento della doppia fenditura con gli elettroni, quello di Clinton Davisson e Lester Germer, fatto nel 1927. Si tratta dell'esperimento che ha mostrato per la prima volta come anche le particelle di materia abbiano un comportamento ondulatorio, e che il mondo è fondamentalmente quanto-meccanico. L'articolo originale del 1927 è disponibile sul sito di Nature, ma non accessibile senza pagare, o con un abbonamento istituzionale. È un peccato (e dell'accesso libero alle pubblicazioni potremmo parlare a lungo), perché andrebbe letto da tutti gli aspiranti fisici. Mi sembra infatti molto importante tornare sempre alle fonti originali, e non soltanto apprendere l'evoluzione della disciplina dai manuali. In questo caso uno può leggere la pubblicazione successiva di Davisson e Germer del 1928, che riporta i nuovi risultati dello stesso esperimento e da cui è tratta la figura là in alto.

A proposito della necessità di leggere le fonti originali, pensate che in questo caso, per esempio, la famosa "doppia fenditura" è soltanto un espediente didattico. Se si trattava di una vera doppia fenditura nell'esperimento di Young fatto con la luce, nel caso degli elettroni il ruolo di reticolo diffrattivo è assunto da un cristallo di nickel. Lo sapevate?

Se ci pensate, novant'anni non sono poi un periodo così lungo per una rivoluzione così radicale del modo di vedere il mondo. L'idea che il comportamento dei componenti fondamentali della materia sia regolato da leggi di probabilità, e che queste probabilità (e il loro interferire) siano le uniche cosa che siamo in gradi di calcolare e predire, è stata ed è ancora dura da digerire. A livello macroscopico il mondo sembra infatti essere deterministico, e il cervello umano si è evoluto per interpretare ciò che lo circonda proprio immaginandone l'evoluzione in un modo che un fisico chiamerebbe "classico".

In realtà anche a livello macroscopico valgono le leggi della meccanica quantistica, ma le distribuzioni di probabilità sono talmente localizzate da rendere i comportamenti indistinguibili dalle loro descrizioni classiche. Per capirci: esattamente come per un elettrone esiste una probabilità non nulla di attraversare una barriera di potenziale che sarebbe classicamente impenetrabile (da cui l'effetto tunnel), anche per un insieme macroscopico di particelle come il corpo di una persone esiste una possibilità finita di attraversare un muro di mattoni altrettanto classicamente impenetrabile. Peccato che nel primo caso la probabilità sia sufficientemente grande da permettere al fenomeno di manifestarsi di tanto in tanto, mentre nel secondo, sebbene non nulla, è talmente piccola da far si che, sulla scala dei tempi della vita dell'universo, il fenomeno non si manifesti mai.

Qualche anno fa, nel periodo delle passeggiate in cui spiegavo la fisica a Oliver, ne avevo scritte cinque dedicate proprio alla meccanica quantistica e alla spiegazione dell'esperimento delle due fenditure. Le raccolgo qui sotto, per chi volesse rileggerle o per chi non le avesse mai lette. Vi prego di notare che contengono anche dei raffinatissimo lavori di manipolazione delle immagini, con Oliver multipli che fanno la guardia alle fenditure (per esempio nella quarta passeggiata).

Recuperare questi link è stato allo stesso tempo un'occasione simpatica e mesta. L'avventura di Oliver su questa terra è infatti arrivata alla fine proprio un anno fa, e, nonostante qui ci ripetiamo quanto la sua sia stata un'esistenza piena, fortunata e lunga, resta quel fondo di tristezza per un compagno fedele che non è più con noi. Ciao Oliver, mi manchi.

Monte Molaz, 2004

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8 Commenti

  1. GIGI
    Pubblicato il 4 marzo 2017 alle 11:37 | Permalink

    (Mi piace pensare che Oliver stia cacciando le talpe in qualche dimensione nascosta dell'Universo).
    Il 28 febbraio 2009 l'Alma Mater e il CNR organizzarono a Bologna, per mezzo di Giorgio Lulli, una conferenza e un sito WEB per ricordare l'esperimento sull'interferenza di elettroni singoli realizzato a Bologna nel 1976 da Pozzi, Merli e Missiroli.
    Fu interessante e piacevole.
    Il link è
    http://l-esperimento-piu-bello-della-fisica.bo.imm.cnr.it/index.html

  2. Miyro
    Pubblicato il 4 marzo 2017 alle 12:20 | Permalink

    Povera bestia ! Si vede chiaramente che ha freddo !!!

  3. Robo
    Pubblicato il 4 marzo 2017 alle 12:28 | Permalink

    Te lo dissi già una volta; resto convinto che l'amore, spt quello per i nostri amici non umani, non sia mai a fondo perduto. A me tutti i piccoli fratelli hanno insegnato ad apprezzare la semplicità e anche a ricercare (ed essere tollerante con) la complessità umana

  4. Pubblicato il 4 marzo 2017 alle 13:35 | Permalink

    @Mirko: in effetti a quel punto della gita era abbastanza congelato, ma fino a qualche momento prima era impossibile tenerlo lontano dalla neve, che ha sempre amato (come tutti i cani).

  5. Nereis
    Pubblicato il 4 marzo 2017 alle 16:35 | Permalink

    Grazie, mi hai commosso

  6. Marina
    Pubblicato il 4 marzo 2017 alle 19:16 | Permalink

    Olivier sei bellissimo!

  7. cloc3
    Pubblicato il 4 marzo 2017 alle 22:52 | Permalink

    Ecco il mio Oliver.
    era in gambo. e faceva silvio ancora in età di riguardo.
    Non so se l'espressione 'fare silvio' si conservi intellegibile ancor oggi, ma all'epoca era certamente ben comprensibile e pregna di significato.

    ci sono cose, infatti, che bruciano nel tempo i propri contenuti (per fortuna) e altre che
    si conservano imperiture oltre ogni ragionevole limite. anche per novant'anni.
    la protezione ad libitum del diritti sulla proprietà intellettuale è sicuramente una di queste.

    l'esempio dell'articolo scientifico a pagamento, che hai fatto benissimo a segnalare, è solo una goccia nell'oceano delle aberrazioni che pervadono la nostra società di mercato.

    a mio parere, la responsabilità della comunicazione scientifica possiede un ruolo particolare nel propugnare i modelli virtuosi di sviluppo aperto dell'economia e della conoscenza, che promuovono la partecipazione di tutti alla costruzione e alla tutela della cultura.

  8. My_May
    Pubblicato il 9 marzo 2017 alle 17:50 | Permalink

    Ritengo ci sia un errore di fondo. L'evoluzione di quello che voi fisici chiamate "funzione d'onda" è deterministica. L'indeterminazione nasce solo all'atto della misura. Ma cosa è l'atto della misura? Come hai anche affermato tu, anche il mondo macroscopico può essere concepito come un mondo quantistico, quindi non esiste un oggetto macroscopico che sia possibile concepire interamente in senso classico e che possiamo utilizzare per fare le misure per stabilire la relazione tra il mondo classico e quello quantistico. L'idea che quando si opera una misura il sistema quantistico collassa nell'autostato (ecc. ecc.) credo sia una interpretazione poco plausibile. In sostanza se è vero che esiste un mondo deterministico (dato dall'evoluzione della funzione d'onda) e un mondo indeterministico dato dalla conoscenza dei risultati delle misure, non vuol dire che la natura sia indeterministica. La natura è deterministica, ma solo una parte di questo mondo deterministico possiamo conoscere. In 90 anni credo si sia consolidata la sensazione che non ne verremo mai a capo, quindi meglio ridurre il concetto alla nostra conoscenza, che è indeterministica, tralasciando concetti ontologici e intriseci della natura stessa. Io però continuo a distinguere i due concetti.

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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