La rivelazione dei Raggi Cosmici - Un percorso didattico per vedere l'invisibile. - Vittorio Napoli - 2006/2007 IPRASE Il dualismo onda-corpuscolo Onde e particelle (fotoni) La radiazione elettromagnetica può essere descritta sia da un modello ondulatorio sia da un modello corpuscolare a seconda delle sue manifestazioni. Onda Per comprendere i fenomeni di interferenza e di diffrazione occorre rappresentare la radiazione come un’onda Interferenza tra onde Diffrazione di onde Capacità delle onde di girare intorno agli ostacoli: Particella (fotone) La ionizzazione e l’effetto fotoelettrico richiedono la rappresentazione delle onde come un flusso di particelle dette fotoni. Ionizzazione Tracce di ionizzazione di un evento indotto dall'interazione di un raggio cosmico su nucleo di argon nell'interno del prototipo da 3 ton in funzione al CERN. Si possono distinguere una coppia (e+,e-) in alto a sinistra, un muone che si arresta e decade in elettrone al centro ed uno sciame elettromagnetico a destra. Effetto Fotoelettrico Interferenza della luce Un fascio di luce che incide su uno schermo dotato di 2 fenditure produce una figura di interferenza: Interferenza della luce Fascio laser (rosso) che incide su uno schermo dotato di 2 fenditure e figura di interferenza (giallo): Onde e particelle (fotoni) Un’onda di frequenza, ( o di lunghezza d’onda, ) è composta da fotoni il cui numero ne determina l’intensità, la cui energia è data dalla relazione: E = h = hc/ e la cui polarizzazione dipende dallo spin dei singoli fotoni. dove h = 6.626 10-34 Js (cost. di Planck) Analisi dell’esperimento di interferenza con due fenditure Esperimento fatto con “proiettili classici” P1 Proiettili classici x Schermo x x Parete assorbente P2 P12 =P1 +P2 Analisi dell’esperimento di interferenza con due fenditure Esperimento fatto con onde classiche Analisi dell’esperimento di interferenza con due fenditure Esperimento fatto con elettroni: (o anche fotoni, protoni, neutroni, atomi) La figura di interferenza si forma lentamente, man mano che, uno per volta, gli elettroni si accumulano sullo schermo. 500 elettroni (simul.) 1500 elettroni (simul.) 2500 elettroni (simul.) Diffrazione degli elettroni De Broglie (1923): anche le “particelle” sono “onde” Raggi X Elettroni p=h/ =h/p Davisson e Germer 1927 Principi di complementarità e indeterminazione P'1 Elettroni sorgente luminosa x Schermo x x Parete assorbente P'2 P12 =P'1 +P'2 Principio di complementarità In ogni esperimento una particella manifesta o proprietà corpuscolari oppure ondulatorie, e ciascun comportamento esclude l’altro. p = h/ E = h p = momento della quantità di moto E = energia = frequenza h = 6.28 10-34 Js (costante di Planck) Principio di complementarità Un classico modo per spiegare visivamente la complementarietà è usare un'immagine come questa:. Può essere un vaso o due volti ma non è mai simultaneamente entrambe le cose. Principio di indeterminazione Non si può misurare nello stesso momento con arbitraria precisione la posizione e la quantità di moto di una particella. xp x h x posizione px momento
Scarica
