Re: Ancora fotone

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: Wed, 08 Sep 2004 21:35:40 +0200

La prima difficolta', quando si ragiona nel mondo quantistico, sta nel
dare una definizione chiara di "dimensione".

Ce ne sono almeno due, del tutto distinte, che vanno considerate
entrambe per capire qualcosa.
1) Quando diciamo che i nuclei hanno dimensioni dell'ordine di qualche
fm (10^-15 m) che cosa intendiamo?
Per esempio che la distribuzione della loro carica occupa una regione
di quelle dimensioni, come fu dimostrato per la prima volta da
Rutherford, quasi un secolo fa.
Ma anche in altri tipi di urto, per es. neutroni contro nucleo, il
neutrone non risente del nucleo finche' non arriva a quella distanza.

In questo senso per es. un elettrone e' puntiforme, perche' a quanto
ne sappiamo l'interazione elettromagnetica di un elettrone con altre
particelle segue esattamente la legge di una carica puntiforme.
Nello stesso senso, si puo' dire che anche un fotone e' puntiforme,
per le stesse ragioni.
La massa non c'entra assolutamente niente.

2) Pero' tutte queste particelle hanno un comportamento quantistico,
il che vuol dire che di solito la loro posizione non e' esattamente
determinata (v. funzione d'onda).
Di conseguenza possono interagire entro una regione estesa, data dalle
dimensioni del "pacchetto d'onda", e questo puo' essere anche molto
grande. Faro' degli esempi tra poco.
Quello che e' difficile capire del comportamento quantistico e' che
questa "estensione" non e' soltanto una generica "incertezza", nel
senso che io non so dove sta la particella, ma e' qualcosa di molto
piu' peculiare.

Esempi:
1) L'interferenza.
E' possibile produrre frange d'interferenza con fotoni per mezzo di
due fenditure anche parecchio distanti: nel caso degli interferometri
stellari si parla di metri.
Ora e' stato dimostrato (ancora una volta, quasi un secolo fa) da
Taylor che i fotoni sono capaci di produrre interferenza uno per uno,
ossia che l'interferenza *non e' un comportamento collettivo* di un
insieme di fotoni.
Percio' se vediamo interferenza tra fenditure distanti un metro, siamo
costretti ad ammettere che il fotone e' passato *per entrambe le
fenditure*, e quindi che aveva dimensioni maggiori di un metro.

2) La risoluzione degli strumenti ottici.
Ancora una volta, sebbene l'immagine (fotografica, o su un CCD) sia
prodotta da singoli fotoni, le definizione dell'immagine dipende dalle
dimensioni dello specchio o della lente.
Uno specchio di 1 metro di diametro ha una risoluzione 10 volte
migliore di uno da 10 cm, e ancora una volta questo e' possibile
perche' i fotoni che arrivano riescono a "sentire" in un sol colpo
*tutto lo specchio (o la lente)*.

3) Ancora interferenza: coerenza temporale.
Con un laser si puo' produrre interferenza dividendo il fascio,
mandando uno dei due attraverso una lunga fibra ottica (anche centinaia
di metri) e poi ricombinando i due fasci.
Se si vede interferenza, vuol dire che sono successe due cose, entrambe
sconcertanti:
a) ogni singolo fotone ha preso simultaneamente le due strade
b) nonostante il ritardo, si e' "ritrovato" nel punto di
ricombinazione.
Cio' vuol dire che il fotone era lungo centinaia di metri.

L'ultima domanda di Marco non l'ho capita.
> Infine...daccordo i dualismo onda-particella.... per� appunto per il
> fatto che un elettrone � una particella....perch� non si comporta come
> ho detto?
Vuoi dire che ti aspetteresti che gli elettroni si comportino come i
fotoni?
E' giusto, e infatti si comportano alo stesso modo.
Solo che sono molto piu' difficili da trattare.
Non esistono mezzi trasparenti per gli elettroni, a causa della loro
carica elettrica, salvo il vuoto.
Ma per es. i neutroni, essendo neutri, possono essre manipolati in
modi piu simili ai fotoni, e infatti sono stati fatti dei bellissimi
esperimenti con interferometri per neutroni.
     

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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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Received on Wed Sep 08 2004 - 21:35:40 CEST