Riassumendo...

I quanti di energia

Max Planck, nei primi anni del 1900, dimostrò la possibilità di ammettere che gli atomi assorbano o emmettano energia soltanto in quantità E multipli interi di un valore minimo:

E = nhf

dove n è un intero positivo (n=1,2,3,...) e h è la costante di Planck (h = 6,6 10-34Js). Ciascuno di questi pacchetti di energia è detto quanto.

 

 


Il termine quanto deriva dalla parola latina quantum che indica una piccola quantità.

Il fotone

Albert Einstein, nel 1905, fornì le giustificazioni teoriche dell’effetto fotoelettrico (emissione di elettroni dalla superficie di un metallo colpito da radiazione luminosa) ipotizzando che la luce sia composta da quanti del campo elettromagnetico, i ‘pacchetti di luce’ che più tardi furono detti fotoni. Ogni fotone di frequenza f possiede un’energia

E =hf

 

Anni dopo, lo stesso Einstein dimostrò che ogni fotone trasporta una quantità di moto di modulo p = hf/c = h/l.

Dualità onda - corpuscolo

I dati sperimentali mostrano che la luce ha un doppia natura: si comporta come un’onda nei fenomeni di interferenza oppure come una particella (effetto Compton). Partendo da un’idea di Louis De Broglie, si è scoperto che anche le particelle subatomiche materiali, come l’elettrone, hanno comportamenti sia ondulatori che corpuscolari.

 


Le proprietà ondulatorie dell’elettrone furono messe in evidenza da un esperimento di Davisson e Germer (1937) da cui risulta che un fascio di elettroni subisce il fenomeno della diffrazione, esattamente come accade a un fascio luminoso.

Lunghezza d’onda di De Broglie

Louis De Broglie, nel 1924,  propose che ad ogni particella con quantità di moto p deve essere associata un’onda di lunghezza d’onda

l = h/p dove h è la costante di Planck.

Secondo la formula di De Broglie gli oggetti macroscopici hanno lunghezza d’onda così piccole da non essere osservabili. Invece a livello microscopico gli effetti della doppia natura delle particelle (ondulatoria e corpuscolare) sono quasi sempre dominanti.

Principio di indeterminazione di Heisenberg (premio Nobel per gli studi in M. Quantistica nel 1932)

Nella sua prima forma stabilisce che tra l’indeterminazione Dx sulla posizione di una particella e l’incertezza Dp sul modulo del suo momento, vale sempre DxDp »h

La seconda forma DEDt »h dice che la durata della misura Dt e la conseguente indeterminazione DE sula conoscenza dell’energia di un sistema sono strettamente legate tra di loro.

 

Gli errori sulla misura di x, p, E e t dovuti al principio di indeterminazione non si possono ridurre migliorando l’apparato di misura, come accade per i normali errori sperimentali in fisica classica: essi sono una necessità determinata dalle leggi quantistiche che regolano il mondo microscopico.