Feb 27

C’è ancora molto altro spazio laggiù in fondo… ***

Non avrei scritto questo breve articolo che si riferisce a un esperimento di fisica atomica, i cui particolari vanno ben oltre ai limiti di questo Circolo, ma mi sono sentito di farlo solo e soltanto per la sua apertura quasi filosofica e affettuosa verso uno dei nostri grandi miti.

Il grande Richard Feynman diceva “C’è tanto spazio laggiù in fondo…” (anzi, lui diceva "There's plenty of room at the bottom" e noi l'abbiamo tradotto QUI) e ha fatto nascere la nanotecnologia. Pensiamo di averlo riempito veramente? Sembra proprio di no e la materia riesce  a farci capire che le sue possibilità sono ancora ben più grandi di quanto di potesse pensare.

Diciamo le cose in modo molto semplificato e rozzo, ma sufficiente per entrare nell’ottica generale. L’atomo è essenzialmente composto di vuoto e lo spazio tra nucleo ed elettroni è veramente enorme. Sembra proprio uno spreco, direbbe Richard.  E allora, perché non pensare di riempirlo in qualche modo? Magari proprio con degli atomi neutri che non diano fastidio agli elettroni.

Ovviamente non tutti gli atomi vanno bene, ma basta raggiungere temperature bassissime e affidarsi ad Einstein e Bose e a Rydberg. I primi hanno teorizzato il condensato che porta il loro nome: uno stato della materia in cui, a causa dell’avvicinamento allo zero assoluto, un gran numero di particelle cerca la situazione di minima energia quantica e, come conseguenza, riesce a ottenere effetti quantistici su scala macroscopica. Il secondo ha ipotizzato un atomo estremamente “allargato”, in cui un singolo elettrone può portarsi su un orbitale di altissima energia e, quindi, molto distante dal nucleo.

L’idea dell’esperimento nasce dall’unione delle due condizioni limite. Innanzitutto, si è creato un condensato attraverso atomi di Stronzio. Poi, utilizzando un laser si è “pompata” energia su uno di questi atomi fino a trasformarlo in un atomo di Rydberg. Ciò che si è ottenuto è che la distanza tra nucleo ed elettrone di questo atomo “allargato” è nettamente superiore alla distanza tra due atomi del condensato. Ne segue che l’elettrone non solo orbita attorno al suo nucleo, ma tra lui e il nucleo può vedere galleggiare molti atomi. Si è arrivati a inserire ben 170 atomi di Stronzio all’interno dell’orbita.

Il bello è che gli atomi intrusi non posseggono carica e recano un disturbo quasi insignificante al sistema. Al limite solo un lieve spostamento dell’elettrone  che, tuttavia, non lascia il proprio orbitale e non cambia lo stato quantico. Si viene a creare un sistema strettamente legato, quasi come fossero i nuclei a  essere trattenuti dall’elettrone e non l’elettrone al proprio nucleo.

L’elettrone (blu) orbita attorno al suo nucleo (rosso). All’interno della sua orbita possono sistemarsi, senza dare fastidio, molti atomi del condensato di Bose-Einstein (verdi). Fonte: TU Wien
L’elettrone (blu) orbita attorno al suo nucleo (rosso). All’interno della sua orbita possono sistemarsi, senza dare fastidio, molti atomi del condensato di Bose-Einstein (verdi). Fonte: TU Wien

Il legame è, tuttavia, molto più debole di quello che si ha in un cristallo. Esso può sopravvivere solo a temperature bassissime. Basta un minimo movimento, dovuto al calore, e la struttura si rompe.

Ricordiamoci, però, che la maggior parte dell’Universo è molto, molto freddo. Non posso certo sbilanciarmi in previsioni e/o  in ripercussioni quantistiche che questa nuovo ipotetico stato della materia potrebbe portare. Sicuramente, questo tipo di esperimenti farà conoscere sempre meglio le caratteristiche del condensato di Bose-Einstein… e quando c’è Einstein di mezzo  le conferme sono sempre dietro l’angolo.

Tuttavia, a parte la descrizione tecnica che mi vede ben lontano dall’essere esauriente, mi piace poter pensare che Feynman aveva proprio ragione: “C’è ancora tanto spazio laggiù in fondo” e immaginare questo strano miscuglio di atomi ultra compatti tenuti nelle braccia larghe di un unico atomo. Quando cominceremo veramente a capire il microcosmo e le sue strabilianti possibilità?

Articolo originale QUI

4 commenti

  1. Lorenzo

    Affascinante. E, come sempre nei tuoi articoli, stimola l'immaginazione.

    Domenica ho portato la famiglia (per l'ennesima volta..) al Museo Egizio di Torino, e di fianco all'entrata c'è una mostra temporanea che si chiama "Infinita curiosità: un viaggio nell'universo in compagnia di Tullio Regge" (un altro grande) . All'entrata della mostra c'è un bellissimo esempio di quanto tu dici: una scala, in cui ogni gradino rappresenta una potenza di 10, che inizia dal gradino di Planck e finisce al gradino più alto, la scala cosmica della radiazione di fondo. Su ogni gradino è disegnato cosa troviamo nell'universo in quella scala.

    Ebbene, salendo la scala e fermandosi al gradino del metro (la scala "umana"), guardando prima di qua e poi di là, l'inizio della scala è molto piu lontano che non la fine! Noi la sappiamo, ma.....confesso che ho trovato difficile spiegarlo ai bambini; tanto difficile quanto affascinante!

  2. grazie Lorenzo!

    Grande uomo e grande amico Tullio Regge. Ho avuto perfino la fortuna (ma che paura!) di tenere una conferenza con lui in platea... Un vero "bambinone", sempre pronto a insegnare, ma anche ad ascoltare...

  3. Mario Fiori

    Hai ragione Lorenzo, la scala cosmica è più  lunga verso il micro che verso il macro o così almeno sembra perchè i "precipizi" danno sensazioni sempre diverse dagli sguardi verso lontano ( lo sa' bene chi soffre di vertigini, anche se un po' vengono anche stendendosi su un prato e guardando un cielo stellato). Spiegare ai figli, se soprattutto bambini piccoli , è una bella sfida lo capisco anche se mia figlia ha ormai 17 anni.

    Caro Enzo sono sempre più affascinato dal Grande Richard Feynman e , quando posso, leggo su di lui e cose di lui.

     

  4. caro Mario,

    tu rimani un grande esempio per tutti :-D

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