Gen 12

I Papalli nel Mondo Subatomico(7): quando i giochi si fanno duri, i duri cominciano a giocare

Flash fotone, prima di mostrare il nuovo gioco dello spintone, ricorda ai papallini che un urto può avere esiti diversi, come mostrato nei precedenti giochi del rimbalzino (qui ) e della spintarella (qui ).

Un urto può anche riuscire a spingere Ella o Trone ad abbandonare l'atomo a cui si sono legati, ma meglio andare con ordine...

Scatti, prima che Flash fotone prosegua il suo racconto, suggerisce ai papallini di mostrare a Flash fotone il gioco del papallo libera tutti.

PapalMafalda, coglie al volo il suggerimento di Scatti ed inizia a descrivere il gioco.

Un papallino è legato con un elastico ad un paletto. Lui cerca di fuggire via, ma l'elastico lo mantiene ancorato al paletto.

Il concorrente deve dare una poderosa spinta al papallino.

Vince il concorrente che riesce a spingere il papallino così forte da spezzare l'elastico liberandolo.

Figura 1: Il gioco del papallo libera tutti

Il gioco, però, non è sempre lo stesso ed ha diversi gradi di difficoltà...

Su Papalla ai giochi devono poter partecipare tutti, anche i concorrenti meno prestanti.

Il trucco escogitato dai papallini per aumentare o diminuire il grado di difficoltà è piuttosto semplice: basta sostituire i papallini con dei loro compagni più robusti...

Se il papallino tira con più forza, l'elastico si tende di più ed al concorrente basta una spinta più leggera per riuscire a spezzarlo...

Figura 2: I diversi gradi di difficoltà del gioco del papallo libera tutti

Ella e Trone sono quasi commossi dopo il racconto di PapalMafalda.

Noi, confessano Ella e Trone, ci sentiamo un po' come i papallini.

Nel vostro gioco più l'elastico è tirato più il legame con il paletto si indebolisce, ma nel contempo maggiore è la fatica che deve fare il papallino per tirare con più forza l'elastico ed allontanarsi dal paletto.

Quell'elastico assomiglia molto all'irresistibile attrazione che i positivi Tony Protoni esercitano su di noi legandoci al nucleo dell'atomo e ogni atomo ha un suo elastico più o meno spesso e resistente.

Quando siamo legati ad un atomo noi ci troviamo da qualche parte dell'orbitale, poichè quella è la nostra “zona di equilibrio”.

E' un po' come l'equilibrio tra papallino che tira sempre con la stessa forza e l'elastico che lo ancora e lo tira verso il paletto ed assomiglia ad un tiro alla fune: da una parte un invisibile elastico ci tiene legati al nucleo, dall'altra noi abbiamo bisogno di una certa quantità di energia per comparire qua e là nell'orbitale, mantenendo le “dovute distanze” dai Tony Protoni (mantenendo l'elastico tirato al punto giusto), evitando di venir trascinati verso il nucleo... e se nessuno interviene, la partita è patta...

Ogni orbitale, perciò, è caratterizzato da un certo livello di energia necessaria per mantenere l'equilibrio tra la nostra possibilità di fuggire e l'irresistibile attrazione dei Tony Protoni che ci legano al nucleo di quel particolare atomo.

Anche noi per allontanarci dal nucleo dobbiamo fare più fatica ed abbiamo bisogno di una maggiore quantità di energia, come nel gioco della spintarella (qui) dove grazie alla giusta quantità di energia prestataci dal giusto Flash fotone siamo riusciti (anche se per poco) a tirare l'elastico al punto giusto e trasferirci dall'orbitale interno, caratterizzato da un certo livello di energia necessaria per mantenere l'equilibrio, ad un orbitale più esterno, caratterizzato da uno specifico maggior livello di energia necessaria per mantenere l'equilibrio.

03 Figura 3 il gioco della spintarella e l'elastico tirato
Figura 3 il gioco della spintarella e l'elastico tirato

Quindi, chiede PapalPierino: ogni orbitale di ogni atomo ha la sua specificità e come per i diversi gradi di difficoltà del nostro gioco, ad ogni specifico tipo di orbitale corrisponde un legame con il nucleo  più o meno robusto, come l'elastico più o meno tirato del gioco del papallo libera tutti?

Flash fotone non può far altro che annuire.

Sai, caro PapalPierino, dice Flash fotone, nel gioco dello spintone noi siamo un po' come i vostri concorrenti.

Se Ella o Trone si trovano su un orbitale caratterizzato da un debole legame con il nucleo di un particolare atomo, come quando l'elastico è già molto tirato, per spezzarlo basta una spinta meno vigorosa di un Flash fotone meno energetico.

Se Ella o Trone si trovano su un orbitale caratterizzato da un forte legame con il nucleo, per spezzare l'elastico ci vuole una spinta più vigorosa di un Flash fotone molto energetico.

Perciò, a secondo dell'orbitale occupato da Ella o Trone, il legame con il nucleo di quello specifico atomo può essere più forte oppure più debole e per rompere quel legame, quell'invisibile elastico, la spinta di noi Flash fotoni deve consentire di tirare l'invisibile elastico finché questo non raggiunge il suo specifico punto di rottura.

04 Figura 4 La spinta sufficiente per rompere il legame
Figura 4: La spinta sufficiente per rompere il legame

L'energetica attrazione esercitata dai Tony protoni che lega Trone all'atomo e che Papalscherzone ha già soprannominato Energia di Legame è leggermente inferiore all'energia che Trone possiede dopo aver assorbito nell'urto l'energia di Flash fotone ultravioletto.. e Trone è libero di andare dove vuole..

Nel mondo subatomico, però, dice Flash fotone, il gioco dello spintone ha tre varianti con relativi effetti speciali...

La prima variante è piuttosto selettiva ed è improntata al risparmio energetico...

Può partecipare al gioco solo la categoria di Flash fotoni la cui spinta consente ad un Trone che occupa l'orbitale di uno specifico atomo di superare solo leggermente il punto di rottura dell'invisibile elastico che lo lega al nucleo.

Ovviamente ad ogni orbitale corrisponde la sua specifica categoria di Flash fotoni concorrenti ed anche tra noi ci sono Flash fotoni più scarsi e altri più prestanti,

A questo punto dice Flash fotone non resta che mostrare il gioco dello spintone selettivo dall'effetto fotoelettrico.

Figura 5: Energia di Legame Ionizzazione

Come al solito PapalPierino ha la sua domanda da porre: cosa significa che l'atomo diventa uno Ione positivo?

Caro PapalPierino, un atomo Neutro ha lo stesso identico numero di positivi Tony Protoni e di negativi Ella o Trone (qui ), ma dopo l'urto l'atomo perde un Trone, per cui i positivi Tony Protoni superano di una unità i negativi Ella e Trone rimasti fedeli.

L'atomo perciò non è più Neutro e dato che le cariche positive sono preponderanti, anche l'atomo assume una carica positiva.

Nel mondo subatomico gli atomi che hanno un numero di positivi Tony protoni maggiore dei negativi Ella e Trone assumono carica positiva e li chiamiamo amichevolmente Ioni positivi, mentre quelli che hanno un maggior numero di negativi Ella e Trone rispetto ai positivi Tony Protoni, assumono carica negativa e li chiamiamo Ioni Negativi.

Con il gioco dello spintone noi eterei Flash fotoni, giocando con qualche Trone, possiamo anche trasformare un atomo neutro in uno Ione positivo e liberare un Trone con la sua carica negativa.

06 Effetto Fotoelettrico
Figura 6: Effetto Fotoelettrico

Grazie a questo gioco anche i terricoli sono riusciti a coinvolgerci per cercare di sfruttare l'effetto fotoelettrico, al fine di produrre energia elettrica dalla luce, ossia da noi Flash fotoni.

Per esempio, quando i Flash fotoni della giusta categoria giocano a spintone con i pannelli solari (fotovoltaici) di voi terricoli, riescono a liberare molti negativi Ella e Trone che si allontanano dagli atomi a cui erano legati, generando un flusso di cariche negative, ossia una corrente elettrica,  mentre gli atomi abbandonati assumono carica positiva...

Anche i sensori delle camere digitali o montati sui telefonini sfruttano questo gioco..

Un sensore è suddiviso in tante piccole celle (i papalcuriosoni li chiamano fotodiodi), detti pixel, come se fosse composto da tanti piccoli contenitori.

I Flash Fotoni giungono ai fotodiodi e giocano a spintone liberando una certa quantità di negativi Ella o Trone... con il passare del tempo (tempo di posa) in ogni pixel si accumula una certa quantità di negativi Ella e Trone, basta contarli per capire quanti Flash fotoni hanno giocato a spintone con ogni singolo pixel.

Grazie a questo gioco è un attimo trasformare quello strano conteggio in un'immagine, basta attribuire ad ogni pixel un valore di luminosità in base al numero di Flash fotoni che hanno giocato a spintone con quel fotodiodo, o meglio basta contare i negativi Ella o Trone liberati e come per incanto ogni puntino che compone l'immagine (pixel) assume un diverso valore di luminosità, disegnando un'immagine composta da punti più chiari e punti più scuri, dal nero fino al bianco, passando per una certa quantità di sfumature di grigio.

07 Sensori e stelle
Figura 7: Sensori e stelle

Nell'Universo ci divertiamo un sacco a giocare a spintone, come quando giochiamo con gli atomi di Idrogeno che abbondano nelle grosse nubi interstellari.

Noi partiamo da una stella e se sul nostro tragitto si trova uno di questi grossi ammassi di atomi di Idrogeno i Flash fotoni ultravioletti cominciano a giocare a spintone e liberano dal legame con il nucleo l'unica Ella presente...e mentre Ella lo abbandona, l'atomo di Idrogeno non è più neutro e assume carica positiva e si trasforma in Ione positivo (Papalscherzone ha già soprannominato questo particolare gioco come ionizzazione),...

PapalPierino come al solito ha la sua domanda da porre: ma cosa succede se la spinta di voi Flash fotoni è decisamente più energetica di quella sufficiente per liberare Ella o Trone gli elettroni dal legame con il loro atomo?

Caro PapalPierino, risponde Flash fotone, questa è proprio la seconda variante del gioco dello spintone.

Nella prima variante del gioco, Trone l'elettrone deve usare tutta l'energia fornitagli da Flash fotone per riuscire a spezzare l'invisibile elastico che lo lega all'atomo, perciò assorbe interamente Flash fotone, che scompare (viene interamente assorbito).

Nella seconda variante, Trone l'elettrone assorbe solo una parte dell'energia di Flash fotone, quella necessaria per spezzare il legame con l'atomo, mentre l'energia in eccesso non viene ceduta.

In questa variante del gioco, dopo l'urto, l'atomo si ionizza (ha un positivo Tony Protone in più rispetto ai negativi Ella e Trone), Trone gironzola libero con la sua carica negativa, ma a differenza di prima Flash fotone non scompare, lui cambia direzione e prosegue molto più fiacco di prima, dato che ha perso una parte della sua energia iniziale (quella che ha donato a Trone per liberalo).

L'effetto di questa variante nel Mondo subatomico è noto come Effetto Compton..(ai Papalcuriosoni che vogliono approfondire l'argomento si consiglia la lettura di questo articolo di PapalEnzo qui e qui)

Figura 8: Effetto Compton

Dopo l'urto Flash fotone ha donato a Trone una parte del suo pacchetto di energia, perciò è più fiacco e le sue onde sono più lunghe e poco frequenti rispetto a prima.... così l'energetico ed invisibile Flash fotone ultravioletto è diventato un fiacco Flash visibile rosso (il Flash visibile meno energetico).

Anche questa variante del gioco dello spintone è molto diffusa nell'Universo.

Per esempio, nel nucleo di una stella, dove gli atomi si fondono l'un l'altro con tanto di botti e fuochi d'artificio, nascono tantissimi Flash Fotoni ultraenergetici, come i Gamma Flash.

Per arrivare fino alla superficie della stella, però, questi Gamma Flash devono attraversare uno strato molto denso dove le probabilità di urtare qualche Ella o Trone sono altissime... urto, dopo urto, i Flash fotoni, nella loro lenta risalita verso la superficie della stella, cedono una parte della loro energia ai vari Ella e Trone per liberali, ma nel contempo diventano sempre più fiacchi, così quando arrivano in superficie non sono più così pericolosamente energetici...

PapalPierino, come al solito ha la sua domanda da porre: nel gioco dello spintone voi donate una parte o tutta l'Energia a Ella o Trone, ma non c'è qualche gioco dove succede il contrario?

In effetti, c'è, risponde Flash fotone e qualche volta può succedere che alcuni energetici Ella o Trone cedano una parte della loro energia a qualche fiacco Flash fotone.

E' un po' come scambiarsi i regali, dicono Flash Ella e Trone in coro, solo che noi ci scambiamo pacchetti di energia..

Questa d'altronde è proprio la terza variante del gioco dello spintone.

Per esempio, nell'universo può succedere che nei dintorni di un buco nero,  alcune particelle, Ella e Trone compresi, vengano accelerate a velocità folli (raggi cosmici)..

Ella e Trone sono così carichi di energia, così veloci, che sfrecciano liberi, senza legami con nessuno... ma se nel loro tragitto gli capita di essere urtati da qualche fiacco Flash fotone di passaggio, possono cedergli una parte della loro energia, rinvigorendolo...

Dopo l'urto, entrambi cambiano direzione, ma Trone ha perso una parte della sua energia e rallenta la sua corsa, mentre Flash fotone acquista energia e le sue onde si accorciano e diventano più frequenti.

Figura 9: Effetto Compton inverso

Scatti, sempre più scodinzolante, non può fare a meno di confessare a tutti che sul suo pianeta tutti quei giochi basati sugli urti tra Flash fotoni e Ella e Trone gli elettroni, portano il suo stesso nome: Scattering!

Ogni Scattering ha la sua particolarità, il gioco del rimbalzino è diverso da quello della spintarella che a sua volta è diversa dallo spintone ed ogni gioco, ogni urto, può coinvolgere alcune categorie di Flash fotoni e escluderne altre..

Un urto, però, dice Scatti, può capitare oppure no.

I Flash fotoni che possiedono la giusta quantità di energia per giocare a spintarella con qualche atomo di Sodio, hanno maggiori probabilità di urtare qualche Ella o Trone se nel loro tragitto incontrano una nube composta da moltissimi atomi di Sodio, poiché tutti quegli atomi sono difficili da evitare, mentre è meno probabile che si verifichino urti se nel tragitto c'è solo qualche sparuto isolato atomo di sodio...

PapalScherzone appena sente la parola probabilità, blocca Scatti...

Mio caro Flash fotone, dice PapalScherzone, ora che ci siamo conosciuti meglio e che abbiamo avuto l'occasione di apprezzarti prima nella veste di onda ed ora in quella di particella che urta altre particelle, quasi come delle palle da biliardo, mi togli una curiosità: sei una particella oppure un'onda?

Caro PapalScherzone in realtà sia io che Ella e Trone potremmo risponderti: siamo entrambe le cose, ma siamo anche un po' come tu ci vuoi vedere... ma l'enigmatico significato di questa misteriosa risposta lo scopriremo nei prossimi racconti: I Papalli alle prese con l'esperimento della doppia fenditura.

 

Rimanete sintonizzati!Foto di Gruppo 3

6 commenti

  1. maurizio

    Grazie per la lezione di oggi, bravissimi.  Sono proprio curioso di vedere cosa succede nella prossima puntata....

  2. Paolo

    ...mi sa che  se ne vedranno delle belle, con i papalli alle prese con uno dei giochi più noti e più bizzarri della Meccanica Quantistica... :mrgreen:

    Paolo

  3. Gianni Bolzonella

    Sempre rigorosi e facili questi racconti didattici.Li avessi letti molti anni fa quando studiavo con poca voglia le lezioni scientifiche.Bravi.

  4. PapalScherzone

    Come ben sai, caro Gianni, rigore e facilità di comprensione sono da sempre le parole d'ordine di questo PapalCircolo!  E a frequentare lo "Zappo" non si può che imparare a "zappicare" :mrgreen:

    Un BRAVO particolare a Paolino Papallicolo che ha imparato a zappicare benissimo, è stato e sarà ancora un piacere viaggiare nel mondo subatomico con lui!

    :-D

  5. Paolo

    Sai Gianni io penso che il gioco sia un potente strumento di apprendimento... e non solo su Papalla.

    Basta pensare ai cuccioli di qualunque animale che attraverso il gioco imparano a relazionarsi con gli altri e con ciò che li circonda...

    La potenza del gioco a volte può fornire una miscela in cui la fantasia, la curiosità e la voglia di conoscere possono fondersi....

    L'importante è essere protagonisti del gioco e non passive pedine del gioco...

    Paolo

  6. la filosofia di Paolo è quella vincente! Non per niente, in fondo l'ha usata anche Einstein e ... dico poco!!! :roll:

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