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3/06/14

Il termometro perfetto della luce *

Il nuovo termometro riesce a percepire variazioni di temperatura di 30 miliardesimi di grado al secondo. Ciò vuole anche dire riuscire a compiere misure vicinissime allo zero assoluto. Teniamo presente che la temperatura è qualcosa di estremamente variabile. Infatti, se guardassimo gli atomi di un qualsiasi materiale li vedremmo in continuo movimento. E ciò che si muove, anche a livello microscopico, vuole dire produzione di energia termica. Perché, allora, non usare la luce, che si trova benissimo nel mondo microscopico, per misurare il movimento del microcosmo e, di conseguenza, la temperatura?

Il nuovo termometro invia due colori dello spettro elettromagnetico (rosso e verde) su un disco cristallino pulito perfettamente. I due colori, come ben sappiamo, si muovono a velocità leggermente diversa. Inoltre, la variazione di velocità dipende dalla temperatura del cristallo. Quando viene scaldato, la luce rossa rallenta rispetto a quella verde. La differenza è, però, minima. Non resta che amplificarla. E come? Facendo girare la luce migliaia di volte intorno ai bordi del disco. Ad ogni giro la differenza si somma e alla fine è possibile misurare una quantità non più piccola come all’inizio. Una cosa simile viene fatta anche per il suono.

Ancora una volta, i fotoni non solo rappresentano l’unica informazione (per adesso) che viaggia nell’Universo, ma sono in grado di farci capire le più flebili variazioni della struttura della materia. Abbiamo già imparato a conoscere certe interazioni che diventano macroscopiche e danno luogo a fenomeni fondamentali nel Cosmo, come l’effetto Compton o quello fotoelettrico. In particolare è interessantissimo capire (o meglio conoscere) ciò che capita fino ai bordi del nucleo atomico, il cui confine è stabilito da altre particelle estremamente sensibili e collaboratrici: gli elettroni.

La matematica che li descrive è estremamente complessa, ma con l’aiuto di un genio della divulgazione come Richard Feynman, tutto diventa possibile. Ho, quindi, deciso di farmi aiutare da lui (anzi seguirlo) per descrivere il viaggio avventuroso di un fotone durante la sua conquista dell’Universo, soprattutto a livello microscopico. Ovviamente, si dovrà fare uso della meccanica quantistica, anzi di una scienza vera e propria: l’elettrodinamica quantistica.

Essa è in grado di descrivere quasi tutto, a parte (per adesso) la gravità e l’interno di un nucleo atomico (in quest’ultimo caso, però è un’ottima via di accesso). Cominceremo con un fenomeno conosciuto da tutti, ma che nessuno riesce a spiegarsi: la riflessione parziale della luce su un vetro o cose del genere. Perché molti fotoni passano attraverso e altri, invece, tornano indietro? E’ facile dire riflessione, ma la descrizione è tutta un’altra cosa. Il fotone, munito di un suo orologio particolare, riuscirà a spiegarcelo e capiremo che in qualche modo esegue scelte per noi incomprensibili. E poi, l’appetito vien mangiando e moltissime altre cose sveleranno i loro segreti più reconditi. Ricordiamoci, però, che dobbiamo entrare nella MQ e quindi possiamo solo chiederci “Come?” e non certo “Perché?”.

A luglio ci divertiremo…

Articolo originale (sull'orologio) QUI

termometro di luce
Un’immagine, generata al computer, del termometro di luce. Una piccola differenza nella velocità delle due frequenze usate (rosso e verde) è in grado, dopo essere stata amplificata, di dirci la temperatura con una precisione di 30 miliardesimi di grado al secondo. Fonte: Dr James Anstie, IPAS and School of Chemistry and Physics, University of Adelaide

5 commenti

  1. Mik

    Fantastico! Bè visto che ti appresti a rispolverare la MQ, sperando di non cadere in una clamorosa gaffe, ne approfitto per... ricordarti questo tuo promettente  post su astronomia.com http://www.astronomia.com/2013/08/16/in-attesa-dellinflazione-autunnale/ su cui anticipavi un tuo goloso articolo (o serie?) sull'inflazione, e che però posticipavi a dopo aver trattato la MQ. Sono certo che non te ne sei scordato ma... forse è finito molto indietro in coda...
    Personalmente, sulla teoria inflazionaria ho trovato scritto un po' di tutto, ma o in maniera o troppo superficiale e insoddisfacente o troppo complessa, ben oltre le mie armi fisico-matematiche. Credo che un tuo intervento sul tema farebbe la felicità non solo mia!  :-) Ciao Michele

  2. Hai ragione Mik!
    Non voglio scusami, ma, in realtà, quando me ne ero ricordato erano saltati fuori quegli articoli sulla polarizzazione del rumore cosmico di fondo e ho sospeso tutto aspettando qualche ulteriore novità. Comunque hai ragione e vedrò di metterla in cantiere quanto prima.... Purtroppo, per una cosa che scrivo me ne vengono in mente altre dieci... Vedrò di farmi perdonare al più presto (dopo la Sardegna, però...). :wink:

  3. mik

    Grazie mille, non vedo l'ora!

  4. SuperMagoAlex

    Bene Enzo, a luglio già mi vedo a leggere le tue dispense al mare, spaparanzato sulla sdraio, un bel gelato (servono gli zuccheri per la concentrazione...) e il panorama di Portovenere sullo sfondo  :mrgreen:
     

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