#elettrone

[sefaiunbelrespiro]

Che cosa sarebbe successo

Se ci fossimo incontrati in un altro tempo?

Se per una casualità inversa

Fossimo finiti in una realtà diversa

È questione di un positrone,

Sostituito ad un elettrone

Un’equazione

Per tornare indietro

Ed essere tu il giocatore.

- sefaiunbelrespiro

[reallyalonee]

Opposti

Tu il mio elettrone ➖

Io il tuo protone ➕

Due cariche opposte, che puntualmente si attraggono

[noneun]

“L'elettrone è una teoria che utilizziamo; è talmente utile per comprendere il funzionamento della natura che potremmo quasi definirlo reale”

– Richard Feynman, in "Sta scherzando, Mr. Feynman!".

Questa citazione mi ricorda un po’ il meme "le balene sono pesci": la persona poco istruita lo pensa per ignoranza, confondendo la somiglianza con i pesci con l'essere un pesce; l’istruito medio lo nega perché sa che invece si tratta di mammiferi che si sono adattati alla vita acquatica nel corso di milioni di anni di evoluzione; tuttavia l’esperto lo afferma perché sa che nessuna specie può "uscire" dal ramo dell'albero della vita da cui è nata, ma solo ulteriormente ramificarsi. Così, come tutti i vertebrati rimangono appartenenti al gruppo chiamato Vertebrata (anche le missine, animali simili ad anguille che hanno perso del tutto le vertebre ossee), così tutti i mammiferi fanno ancora parte del gruppo dei pesci ossei (Osteichthyes), e quindi le balene sono pesci ossei tanto quanto le trote, le rane, le lucertole, i cavalli e gli esseri umani.

Rispetto alla citazione iniziale, invece, il poco istruito potrebbe pensare che Feynman stesse usando la parola teoria nella stessa accezione che i creazionisti usano per dire che “l’evoluzione è solo una teoria”. L’istruito medio difende il significato di teoria come "spiegazione ben fondata, basata su un insieme di prove, sostenuta da esperimenti e capace di fare previsioni". Per quanto questa definizione non sia errata, Feynman, invece, usa la parola "teoria" in un senso ancora più profondo, che tutti dovremmo tenere ben presente, per non dimenticare cosa sappiamo veramente del mondo.

Comunemente si parla di teoria atomica o teoria delle particelle, ma raramente ci si riferisce alle particelle stesse come ad una teoria, come se fossero invece entità reali di cui la teoria si limita a parlare.

Nessuno, infatti, può vedere un elettrone. Tralasciando cosa voglia dire la parola "vedere" dal punto di vista neurobiologico, possiamo affermare solo di poter rilevare gli effetti di un elettrone, ovvero vedere su uno schermo un puntino luminoso che ci segnala che da qualche parte qualcosa ha interagito in una certa maniera con l'apparato sperimentale. E quella "certa maniera" la etichettiamo col nome elettrone. Questo ci fa immaginare di aver visto un elettrone o di sapere come sia fatto un elettrone. Non sorprende che questo salto del tutto ingiustificabile abbia portato gran parte del genere umano a convincersi che l'elettrone sia una pallina, solitamente blu e molto piccola.

Questa ineluttabile impossibilità di "vedere" la realtà delle cose, questa impossibilità di accedere direttamente alla natura ultima delle cose, non va confusa con l'idea complottistica che non sappiamo nulla sul funzionamento del mondo. Sappiamo, con un altissimo grado di certezza, che esiste qualcosa dotato proprio di quello specifico insieme di comportamenti: si lega ai nuclei per formare gli atomi, è essenziale per creare legami fra atomi e molecole, se scorre in un metallo costituisce una corrente elettrica, e così via. Se mai un giorno dovessimo inaspettatamente scoprire cosa sia veramente un elettrone, cioè "cosa sia in sé", potremmo scoprire che è qualcosa di completamente diverso da come ce lo eravamo immaginato, pur continuando a comportarsi esattamente come abbiamo sempre osservato.

Fino ad allora, è fondamentale continuare a usare l'idea di elettrone, e la teoria scientifica che gli abbiamo costruito attorno, proprio perché è un'utilissima "spiegazione ben fondata, basata su un insieme di prove, sostenuta da esperimenti e capace di fare previsioni". In altre parole, possiamo usare questa teoria per fare delle cose.

E nonostante la profonda ignoranza che ci attanaglia, non è per niente male!

Trovi questo, e altri articoli di divulgazione scientifica, sul mio sito La Scimmia Sapiens.

[scienza-magia]

Il Balletto degli Elettroni dell'Universo

Spesso immaginiamo l'atomo come un piccolo sistema solare statico, ma la realtà descritta dalla fisica moderna è molto più simile a una danza frenetica e precisissima. Prendendo spunto dall'analisi sulla Costante di Struttura Fine (video di riferimento: YouSciences by GIUX), scopriamo che la stabilità della materia non è data dalla staticità, ma da un continuo scambio di informazioni.

La Stretta di Mano

Gli elettroni non si scontrano mai davvero. Come abbiamo visto, esiste un numero magico, 1/137 (la costante Alfa), che regola la loro interazione. Quando due elettroni si avvicinano, giunti a questa precisa soglia di prossimità, si scambiano un "pacchetto di dati": un fotone. È un protocollo di riconoscimento istantaneo: tramite questo scambio, le loro traiettorie deviano, evitando il collasso. È grazie a questo "distanziamento sociale" quantistico, regolato da 1/137, che la materia mantiene il suo volume e non collassa su se stessa.

La Luce come Informazione

Ma il vero spettacolo avviene sulle orbite. L'elettrone non si muove in modo lineare, ma "salta" tra livelli energetici quantizzati (gradini di Planck).

- Discesa: Quando un elettrone scende verso un'orbita più interna, deve liberarsi dell'energia in eccesso. Rilascia un fotone. - Salita: Per risalire, deve assorbire un fotone della giusta frequenza. Il colore della luce che vediamo (dal rosso al violetto) dipende dall'ampiezza del salto. Se l'elettrone salta più orbite in un colpo solo, il fotone emesso avrà un'energia maggiore (luce blu/ultravioletta); se il salto è breve, l'energia sarà minore (luce rossa). Ogni colore è la firma di un preciso movimento nel balletto atomico. Il Motore Nascosto

Tutta questa energia arriva dalla Vibrazione di Torsione dei costituenti primi della materia (Bitp/solitoni). Il moto rotatorio a velocità della luce (c2) che avviene nel cuore delle particelle genera un surplus di energia costante. Se questa energia rimanesse intrappolata, la materia diventerebbe instabile. Il "Balletto degli Elettroni" è quindi il sistema di raffreddamento del cosmo: gli elettroni, muovendosi fra le orbite, dissipano questa energia di torsione nel vuoto sotto forma di luce e calore. Senza questo meccanismo, l'Universo "brucerebbe" di sovrapressione geometrica.

Espansione e Buchi Neri

Questa energia dissipata non sparisce: riempie lo spazio e contribuisce all'espansione dell'Universo. Ma se l'Universo si espandesse solo, finirebbe per strapparsi. Qui entrano in gioco i Buchi Neri. Essi agiscono come i grandi regolatori, i "compressori" del sistema. Mentre il balletto degli elettroni spinge energia "fuori" (espansione), i buchi neri aspirano materia ed energia e la comprimono in uno spazio infinitesimale (singolarità), forse resettandola al livello di puro codice. Questo dualismo — la materia che dissipa energia per espandersi e i buchi neri che la ricomprimono — è ciò che impedisce all'Universo di crescere in modo esponenziale e distruttivo, mantenendo un ciclo vitale dinamico.

A cura di Jo e Max

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Il muone rivoluziona la fisica delle particelle

Il mistero del Muone: come una virgola potrebbe ridefinire la fisica. Sebbene la discrepanza tra il valore teorico e quello sperimentale del momento magnetico del muone possa sembrare un dettaglio minore, è fondamentale riconoscere il suo potenziale. Nel vasto campo della fisica delle particelle, una delle questioni più affascinanti e intriganti riguarda la discrepanza tra il valore teorico e quello sperimentale del momento magnetico del muone. Questo misterioso divario, apparentemente insignificante se considerato solo alla ottava cifra decimale, potrebbe tuttavia nascondere segreti fondamentali sulle interazioni delle particelle e sulla struttura stessa dell’universo. I fisici, pertanto, hanno dedicato considerevole sforzo e risorse per investigare questa discrepanza, sperando di aprire nuove frontiere nella nostra comprensione della natura. Il momento magnetico del Muone Per comprendere appieno l’importanza di questa discrepanza, è essenziale comprendere il concetto di momento magnetico. Questo è una proprietà intrinseca di una particella con spin, che deriva dall’interazione tra la particella stessa e un campo magnetico esterno. Analogamente alla massa e alla carica elettrica, il momento magnetico è considerato una grandezza fondamentale della fisica. Nel caso specifico del muone, una particella che condivide alcune caratteristiche con l’elettrone ma ha una massa maggiore, la discrepanza tra il valore teorico e quello sperimentale del suo momento magnetico è stato oggetto di grande interesse scientifico fin dal momento della sua scoperta nel lontano 1948. Dall’Equazione di Dirac alle discrepanze sperimentali

Per comprendere appieno la natura di questa discrepanza, è essenziale esaminare le basi teoriche che la sottendono. Il valore teorico del momento magnetico del muone, indicato dalla lettera g, è calcolato utilizzando l’equazione di Dirac, formulata dal celebre fisico inglese Paul Dirac. Tuttavia, gli esperimenti condotti presso grandi acceleratori di particelle hanno dimostrato che il valore sperimentale di g non corrisponde esattamente a quello previsto dall’equazione di Dirac. Questa discrepanza, nota come “g-2”, rappresenta la differenza tra il valore sperimentale e quello teorico del momento magnetico del muone ed è al centro dell’attenzione della comunità scientifica internazionale. Sebbene la discrepanza tra il valore teorico e quello sperimentale del momento magnetico del muone possa sembrare un dettaglio minore, è fondamentale riconoscere il suo potenziale significato per la nostra comprensione della fisica delle particelle. Una risoluzione accurata di questa discrepanza potrebbe fornire preziose informazioni sulle interazioni del muone con particelle esotiche, come i bosoni di Higgs o la materia oscura. Inoltre, potrebbe rivelare l’esistenza di nuove forze fondamentali al di là di quelle attualmente conosciute, aprendo così la strada a una nuova era nella nostra comprensione dell’universo. La ricerca rivoluzionaria Per affrontare questa sfida scientifica, un team di ricercatori guidati dal fisico Diogo Boito dell’Istituto di Fisica di San Carlos dell’Università di San Paolo ha sviluppato un innovativo metodo di studio. Questo approccio combina dati sperimentali ottenuti da collisioni elettrone-positrone con simulazioni avanzate di Cromodinamica Quantistica (QCD), la teoria che descrive le interazioni tra quark e gluoni. Attraverso questo metodo, i ricercatori hanno identificato la fonte della discrepanza tra i dati sperimentali e le previsioni teoriche e hanno aperto nuove prospettive per risolvere questo enigma scientifico. In sintesi, il lavoro dei ricercatori rappresenta un importante passo avanti nella nostra comprensione dei misteri del muone e delle interazioni fondamentali che regolano il mondo delle particelle. Tuttavia, è importante sottolineare che questa è solo l’inizio di un lungo e avvincente viaggio scientifico. Ulteriori ricerche e sperimentazioni sono necessarie per confermare e approfondire questi risultati preliminari e per gettare nuova luce sulla natura stessa dell’universo e delle leggi che lo governano. Read the full article

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L'accelerazione di un corpo nello spazio a velocità luce

Einstein aveva ragione. Ma non sapeva perché. Un’equazione gemella per l’energia relativistica potrebbe adesso portarci a superare la velocità della luce. Ritorna Marco Fedi, il preside che sfida Einstein. Ed anche questa volta riesce perlomeno ad insinuare il dubbio: "Non abbiamo in effetti mai provato (vista la difficoltà non da poco!) ad accelerare a velocità relativistiche un oggetto macroscopico", afferma Fedi "e se potessimo farlo ci accorgeremmo che la formula dell’energia cinetica relativistica non produce risultati corretti". Nelle scorse settimane si sono moltiplicati articoli scientifici di carattere divulgativo dove si affermava che “Einstein aveva ragione”, in riferimento alle conferme sull’invarianza della velocità della luce. Eppure Einstein, in sostanza, aveva preso come dato di fatto tale invarianza e su questo postulato ha costruito la sua teoria della relatività. Egli stesso non sapeva il motivo fisico, per esempio su scala quantistica, per il quale un corpo materiale (sia esso una particella o un’astronave) non riesce a superare, ma neppure a raggiungere, la velocità della luce. Adesso un passo avanti pare sia stato fatto nel comprendere tale perché. In un nostro precedente articolo abbiamo parlato degli studi del prof. Marco Fedi sullo spazio vuoto trattato come un fluido non newtoniano dilatante, un tipo di fluidi familiarmente conosciuti con l’espressione anglosassone “oobleck”. In Read the full article

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Spettrografia quantistica per studiare gli stati della materia

Nuovo esperimento rende mondo quantistico visibile con vortici di luce e laser. Un metodo per consentire la visualizzazione di stati quantistici degli elettroni prima non visibili è stato messo a punto da un team di fisici dell’Università Martin Luther di Halle-Wittenberg (MLU) in collaborazione con Elettra Sincrotrone Trieste e con altri scienziati internazionali. Il nuovo metodo si basa sui vortici di luce, detti anche vortici ottici, in combinazione con i raggi laser convenzionali. Il complesso esperimento è stato realizzato con il laser ad elettroni liberi FERMI, situato a Trieste. Secondo i ricercatori risultati raggiunti nel corso di questo studio potrebbero essere utilizzati per comprendere meglio determinate ed importanti proprietà dei materiali tra cui la conduttività elettrica e il magnetismo nonché le strutture a livello molecolare. Ad oggi, il mondo quantistico “rimane invisibile”, come spiega Jonas Wätzel dell’Istituto di fisica dell’MLU, un membro del team che ha effettuato l’esperimento e che ha realizzato lo studio. Visualizzare direttamente gli elettroni all’interno degli atomi è infatti attualmente ancora impossibile: la loro espansione spaziale massima è molte volte inferiore alla lunghezza d’onda della luce. Ciò rende impossibile qualsiasi tipologia di imaging con la microscopia ottica tradizionale. Read the full article

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Esperimento della doppia fenditura ed interpretazione della realtà

Il nostro mondo è reale? L’altro giorno ho avuto uno scambio di battute con un collega di Legge. Mi son reso conto della profonda differenza della forma mentis scientifica rispetto a quella dei cultori di scienze giuridiche. Noi siamo abituati ad avere un approccio lineare: un evento non può essere contemporaneamente bianco o nero. In ambito legale esiste invece l’interpretrazione giuridica. Questa comporta l’analisi e la formulazione di una o più ipotesi circa il significato e, contestualmente, la risoluzione di potenziali conflitti che possono insorgere nella sua applicazione. L’attività interpretativa diventa vincolante soltanto quando sia compiuta dalla magistratura e l’interpretazione della legge, grazie alla quale il giudice giunge alla decisione del caso, svolge il suo ruolo autoritativo solo nei confronti delle parti del giudizio. Ora vi sono sì differenze fra common law basata maggiormente sui precedenti giurisprudenziali e la civil law basata sulla codificazione al fine di evitare scenari fattuali specifici, ma la sostanza è che per un giurista non esiste una verità assoluta. Un oggetto può essere contemporaneamente bianco e nero.

Mentre stavo pensando che la Scienza si base sulla oggettività dei fatti mentre la Legge sulla soggettività dell’interpretazione ho riflettuto che gli ultimi sviluppi della fisica quantistica stanno dicendo che anche la Scienza è fortemente interpretativa. Nell’esperimento di Young, se viene fatta passare della luce attraverso una doppia fenditura, si vede che ha natura ondulatoria in quanto si genera il fenomeno dell’ interferenza ondosa. Incredibilmente questo fenomeno d’interferenza si ripete anche quando si proietta un solo elettrone alla volta. È come se ogni singolo elettrone potesse avere un’interferenza con se stesso. Al fine di capire meglio cosa effettivamente stesse capitando, i fisici hanno posto una luce leggera che illuminava ciascuna delle fenditure. Quando l’elettrone passava attraverso la fenditura, la luce veniva perturbata, permettendo così di individuare esattamente la fenditura attraversata. Beh, in questo caso, ancora più incredibilmente, il fenomeno del’interferenza scompariva. L’unica spiegazione possibile è che modificare l’approccio ad un esperimento comporta una variazione nel risultato finale. Alla faccia dell’oggettività della Scienza… Ma i fisici non si sono fermati qui. L’idea successiva è stata quella prima di utilizzare i fotoni per determinare quale fessura fosse attraversata, e subito poi “distruggere” questa informazione prima di osservare lo schermo finale. Questo esperimento, noto come quantum eraser experiment, ha prodotto l’“assurdo” risultato che se si distrugge l’informazione, si vedrà ancora un modello a interferenza. Riassumendo se l’elettrone viene identificato in qualche modo, non avremo mai l’interferenza; se invece non sappiamo dove è passato l’elettrone (e questo vale anche se è stata precedentemente identificata la fenditura dove è passato ma poi è stata distrutta questa informazione), allora si avrà il modello a interferenza.

Le domande sono tante: la natura è probabilistica?  L’osservatore gioca un ruolo fondamentale nel determinare cosa è reale? Ciò che è incredibile per la nostra mente razionale da scienziati è che, per il momento, non siamo in grado di dedurre se la natura sia o meno deterministica, se sia locale o non locale. La fisica ci permette di conoscere i risultati degli esperimenti che noi produciamo. Il resto è tutta un’interpretazione che assume una sua validità quando essa riesce a spiegare con successo i risultati degli esperimenti condotti. E’ chiaro che questo apre il campo ad ipotesi fantasiose (ma saranno poi così fantasiose?). Fra il serio e il faceto, Elon Musk ha proposto l’ipotesi che viviamo in una simulazione realizzata da civiltà molto più intelligenti della nostra. Secondo Musk si deve prendere in considerazione l’ipotesi di una simulazione realizzata per scopi di intrattenimento e se si assume un qualsiasi tasso di miglioramento, i giochi simulativi diventeranno prima o poi indistinguibili dalla realtà. Sarebbe poi molto difficile scoprire, per gli stessi abitanti di queste dimensioni digitali, capire che l’intero cosmo è frutto di una simulazione computerizzata e che la loro stessa esistenza non è nient’altro che una simulazione. Il mondo immaginato in Matrix potrebbe essere una buona definizione del nostro… D’altra parte il fenomeno dell’interferenza di Young sembra obbedire più a logiche di programmazione che a logiche fisiche. Senza l’ informazione in quale fenditura passa l’elettrone, il Programma genera il fenomeno dell’ interferenza, mentre quando ha l’informazione corretta, il Programma sa esattamente dove passa l’elettrone ed evita l’ingenerarsi dell’interferenza. Gli antichi pensavano a Dio come al grande Architetto…e che sia invece un grande Programmatore? Beh, rispetto alla soggettività delle Scienze Giuridiche, direi che quella della Fisica Moderna è nettamente superiore. Read the full article