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Venerdì, Settembre 18, 2020
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Il confine invisibile tra la fisica quantistica e la fisica classica

Onda o corpuscolo? O meglio, quando una particella è abbastanza grande da essere “classica” e fino a quando è “quantistica”? Un passo avanti per rispondere a questa domanda è stato fatto da un gruppo di ricercatori che firma un articolo sulla rivista "Nature Nanotechnology".

Il metodo classico per dimostrare che ci si trova di fronte a un comportamento ondulatorio è quello di inviare un fascio di luce, che è un'onda, attraverso una coppia di strette fessure e misurare in che modo l'intensità della luce che colpisce uno schermo dietro le fessure varia in funzione della posizione. I picchi di intensità corrispondono ai punti in cui un massimo dell’onda che è passata attraverso una fenditura coincide con un massimo dell’onda che è passata attraverso l’altra fenditura, e le zone più scure a dove si ha la coincidenza di due minimi. Questa struttura di picchi e intensità ridotte è nota come schema di interferenza.

Il confine fra mondo quantistico e mondo classico

Un fotogramma del filmato che mostra la formazione di schemi di interferenza da parte di una molecola di ftalocianina.

Se questo esperimento viene ripetuto con un fascio di particelle ordinarie vedremo solo due picchi, ciascuno formato dalle particelle che sono passate attraverso una particolare fessura. Se però si rivolge l’attenzione alle particelle quantistiche che condividono la doppia natura di onda e corpuscolo, si dovrebbero avere figure di interferenza con picchi multipli, proprio come per la luce.

La previsione teorica di questo effetto fu formulata da Louis de Broglie nel 1924, e la natura ondulatoria degli elettroni, ottenuta registrandone la diffrazione da parte della superficie di un cristallo di nichel, fu dimostrata sperimentalmente per la prima volta da Clinton Davisson e Lester Germer nel 1927.

Ma il primo esperimento della doppia fenditura con elettroni venne effettuato trent’anni dopo, nel 1961, da Carl Jönsson, mentre la formazione della figura di interferenza in presenza di un singolo elettrone nel dispositivo in un certo momento venne registrato dal gruppo bolognese composto da Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli e Giulio Pozzi nel 1974, in quello che è stato definito il più bell’esperimento di fisica di sempre, in cui – come ebbe a osservare Richard Feynman - era condensato tutto ciò che serve sapere sulla meccanica quantistica.

Il documentario prodotto dal CNR nel 1976 sull'esperimento Merli-Missiroli-Pozzi


Da allora, però, è stato un susseguirsi di tentativi di stabilire fino a dove fosse possibile registrare gli effetti delle leggi quantistiche, ossia dove si potesse collocare la linea di confine fra il mondo quantistico e quello classico. In questa corsa, un posto di primo piano è stato raggiunto dai ricercatori dell’Università di Vienna che ora – con la collaborazione di esperti in nanotecnologie delle Università di Tel Aviv, di Basilea e del Politecnico di Karlsruhe - sono riusciti a realizzare un filmato che mostra l'accumulo a valle della doppia fenditura di schemi di interferenza per molecole di ftalocianina (un colorante organico ampiamente utilizzato nell’industria) che hanno masse di 514 unità di massa atomica (amu), e di derivati di suoi derivati, molecole con masse addirittura di 1298 amu. Queste ultime sono le più grandi particelle per le quali sia mai stata registrata la formazione di uno schema di interferenza per singola particella.


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