Feb 7

I Papalli alla prese con l'esperimento della doppia fenditura -parte 1

Nell’ultimo racconto (qui ), PapalScherzone aveva provato a chiedere a Flash fotone di svelare se era un’onda oppure una particella, ottenendo una risposta ambigua e un po’ criptica (misteriosa).

Dopo aver assistito a tutti quegli ondeggiamenti ed a tutti quegli urti che animano i giochi tra Flash fotoni e Tony ed Ella gli elettroni, la curiosità sul loro duplice ambiguo comportamento è ulteriormente cresciuta.

PapalRichard, detto il quantico,  per provare ad indagare meglio tale comportamento propone ai papallini di partecipare al gioco della doppia fenditura.

Prima di coinvolgere gli abitanti del mondo subatomico in questo nuovo gioco, Richard il quantico propone di usarlo come test per distinguere il comportamento delle onde da quello di piccoli corpuscoli.

In questo esperimento, per mostrare il comportamento dei corpuscoli verranno utilizzati dei dardi lanciati dalla cerbottana di PapalSempliciotto, mentre per mostrare il comportamento delle onde verrà utilizzata dell’acqua ed un generatore papalliano di onde.

PapalSempliciotto, quindi, si piazza con la sua cerbottana ad una certa distanza da una barriera (un muro) che presenta due piccole aperture, due fenditure.

Dietro al muro viene posizionato uno schermo al fine di verificare dove finiscono i dardi lanciati da PapalSempliciotto.

PapalSempliciotto ha a disposizione migliaia di piccoli dardi che lancia verso lo schermo, uno dopo l’altro, in maniera assolutamente casuale, per cui i dardi che riescono a raggiungere lo schermo sono sicuramente passati da una oppure dall’altra  fenditura della barriera.

Figura 1: L'Esperimento della cerbottana

Dopo migliaia di lanci, i minuscoli dardi che hanno superato la barriera si sono distribuiti sullo schermo solo in direzione delle due fenditure, dato che metà sono passati da una fenditura e metà dall’altra.

Perché metà, chiede come al solito PapalPierino?

Caro PapalPierino, risponde Richard il quantico, ogni singolo dardo per raggiungere lo schermo ha una possibilità su due (50%) di attraversare una piuttosto che l’altra fenditura, per cui usando migliaia di dardi quelli che sono riusciti a raggiungere lo schermo si sono equamente distribuiti (metà e metà) tra chi ha attraversato una fenditura e chi ha attraversato l’altra.

Dopo i dardi di PapalSempliciotto non resta che ripetere l’esperimento usando l’acqua e le sue onde.

PapalScherzone si posiziona al posto di PapalSempliciotto e saltellando sull'acqua (i papalli sanno fare questo ed altro) si occupa di generare delle onde.

Questa volta, però, in prossimità dello schermo staziona PapalMafalda con il compito di misurare l’altezza delle onde che raggiungono lo schermo ed indicare dove si infrangono quelle più alte.

002-figura-2-lesperimento-con-le-onde
Figura 2: L'Esperimento con le onde

Come al solito, PapalPierino, ha la sua solita domanda da porre: in che senso i due fronti d’onda interferiscono fra loro?

PapalMafalda, che di onde se ne intende (qui ), è meravigliata dalla domanda di PapalPierino e non può far altro che ricordargli come due onde siano capaci di giocare fra loro, rafforzandosi a vicenda oppure annullandosi a vicenda.

Le onde, oltre ad avere una specifica Lunghezza e Frequenza, sono caratterizzate anche da una specifica Ampiezza, ossia possono essere più o meno alte rispetto alla superficie dell'acqua.

Figura 3: Ampiezza d'onda

Quando due onde di eguale altezza si incontrano, racconta PapalMafalda, se la cresta di una corrisponde a quella dell’altra (i Papalcuriosoni direbbero se le due onde sono in fase), l’altezza dell’onda risultante raddoppia, poiché una cresta si somma all’altra.

004-figura-4-interferenza-positiva
Figura 4: Interferenza Costruttiva

Grazie all’interferenza positiva, costruttiva, tra le due onde, nasce una nuova onda di maggior ampiezza, più alta di quelle iniziali.

Al contrario se alla cresta di un’onda corrisponde l’avvallamento (Valle) di un'altra (le due onde sono completamente sfasate) e l’onda risultante si annulla, un po’ come se l’acqua venisse spinta verso l’alto da un’onda (Cresta) ed in egual misura spinta verso il basso (Valle) dall’altra onda, con la conseguenza che le due spinte si annullano a vicenda e l’onda scompare.

005-figura-5-interferenza-negativa
Figura 5: Interferenza Distruttiva

Questa volta gli effetti dellinterferenza tra le due onde sono negativi, distruttivi ed un’onda annulla l’altra

Tornando all’esperimento della doppia fenditura, PapalMafalda non può far altro che constatare che l’interferenza tra i due fronti d’onda è sia costruttiva che distruttiva.

Infatti, quando i due fronti d’onda nati in prossimità delle due fenditure si incontrano, una parte delle onde si trovano in fase tra loro e sommano i loro effetti costruendo onde più alte (interferenza costruttiva), mentre un’altra parte risultano totalmente sfasate tra loro e si annullano l’un l’altra distruggendosi (interferenza distruttiva).

Gli effetti di questa duplice azione si ripercuotono sull’altezza delle onde che raggiungono lo schermo, per cui PapalMafalda ha colorato di bianco le zone dello schermo investite da onde di maggior ampiezza (altezza) mentre ha indicato con il colore nero le zone dello schermo dove l’altezza delle onde si riduce a zero.

006-figura-6-interferenza-tra-i-due-fronti-donda
Figura 6: Interferenza tra i due fronti d'onda

Solo l’interferenza tra due fronti d’onda può generare sullo schermo la figura disegnata da PapalMafalda, ossia la tipica figura d’interferenza, in cui l’assenza di onde (strisce scure) si alterna alle ampie onde positivamente rafforzate (strisce chiare).

Richard il quantico invita i papallini a riflettere sul fatto che il giocoso esperimento della doppia fenditura sembra piuttosto efficace per distinguere il comportamento di un corpuscolo da quello di un’onda.

Nel primo caso i piccoli dardi lanciati da PapalSempliciotto, assimilabili a corpuscoli, si sono distribuiti sullo schermo in direzione delle due fenditure, mentre nel secondo caso l’alternanza tra onde alte ad assenza di onde forma sullo schermo la tipica figura d’interferenza.

Anche i terricoli, afferma Richard il quantico, nel disperato tentativo di risolvere una secolare diatriba tra i sostenitori di una tesi e quelli dell’altra hanno più volte cercato di scoprire se la luce era formata da onde oppure composta da particelle (fotoni).

Nel 1801, un fisico inglese di nome Thomas Young, realizzò un esperimento, diventato celebre, che sembrava proprio avvalorare la teoria sulla natura ondulatoria della luce.

L’esperimento consisteva proprio nel far passare un fascio di luce attraverso una barriera con due fenditure e controllare la forma della figura proiettata sullo schermo.

Se la figura era quella tipica d'interferenza, composta da strisce luminose (interferenza costruttiva) alternate a strisce scure (interferenza distruttiva), non poteva che trattarsi del tipico comportamento di un onda luminosa

Per mostrare l’esperimento di Young, Papalscherzone si è posizionato ad una certa distanza dalla barriera con la doppia fenditura, armato di uno speciale apparecchio per proiettare un fascio di luce… e come per incanto sullo schermo appare la tipica figura d’interferenza.

007-figura7-luce-e-interferenza
Figura 7: L'Esperimento di Young e la Figura d'Interferenza

Ma allora la luce è un’onda, chiede PapalPierino?

Flash fotone proprio non ce la fa più a trattenersi: che io possa comportami come un’onda non è certo un mistero, ma dopo tutti quegli urti, quegli scattering (qui  , qui  e qui ), dovrei avervi convinto che sono in grado anche di comportarmi come un microscopico corpuscolo, o meglio come una particella…

Il vostro amico terricolo, afferma Flash Fotone, si è illuso di aver risolto il problema tentando di dimostrare che io non sono una particella, ma solo un’onda.

Il comportamento di noi Flash Fotoni è decisamente più ambiguo e sfuggente di quanto si possa superficialmente pensare… e visto che voi per distinguere i corpuscoli dalle onde vi siete allenati a giocare all’esperimento delle due fenditure, non resta che coinvolgere nel gioco noi abitanti del mondo subatomico, dove le sorprese abbondano e le certezze in genere hanno vita breve!

Ma questo lo vedremo nella seconda parte del racconto: “I papalli alle prese con l’esperimento della doppia fenditura – parte 2” (QUI)

Rimanete sintonizzati!foto-di-gruppo-3

 

QUI la dualità onda-particella spiegata dal nostro amico Curiuss grazie ad un ornitorinco e un'attrice svizzera

Lascia un commento

*

:wink: :twisted: :roll: :oops: :mrgreen: :lol: :idea: :evil: :cry: :arrow: :?: :-| :-x :-o :-P :-D :-? :) :( :!: 8-O 8)

 

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.