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Meccanica Quantistica: l段nesistenza del vuoto




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Meccanica Quantistica: l段nesistenza del vuoto




La meccanica quantistica, ossia la teoria che descrive il comportamento originale e imprevedibile delle particelle subatomiche (elettroni, fotoni, quark, ecc.) ha una visione del tutto nuova di vuoto: essa lo immagina pervaso da continue fluttuazioni energetiche dalle quali si genera materia. Si pu dunque dedurre che la materia e l弾nergia derivino dal nulla? S, purch materia ed energia che emergono dal nulla in modo spontaneo e senza motivo un istante dopo essere apparse vengano distrutte e ritornino nel nulla. Come possibile?

C:Documents and SettingsSabriDesktopvuotofisicaimage016.jpgUno dei risultati pi straordinari della fisica del microcosmo l誕vere scoperto che lo spazio vuoto non affatto vuoto: appare tale solo perch la creazione e la distruzione incessante di particelle ed altre strane entit si verifica in esso su intervalli temporali brevissimi e tali comunque da non lasciare allo sperimentatore il tempo materiale per la loro rilevazione. Il vuoto sembra tranquillo e calmo su scala macroscopica come appare piatto e uniforme il mare visto da un aereo che vola ad alta quota mentre se si stesse su una barchetta esso si mostrerebbe ben diverso, con onde e flutti anche di notevoli proporzioni. Allo stesso modo, se lo potessimo guardare da vicino, il vuoto apparirebbe un mare in tempesta ribollente di ogni sorta di manifestazioni stravaganti, fenomeni che avverrebbero da sempre e in ogni dove.









Questa incredibile propriet del vuoto scaturisce dalla combinazione della meccanica quantistica con la relativit di Einstein. Una conseguenza diretta della meccanica quantistica il principio di indeterminazione di Heisenberg il quale afferma che il mondo microscopico possiede un段ncertezza di fondo: l段mpossibilit di determinare con precisione assoluta i parametri fisici delle particelle di piccole dimensioni. Nel vuoto questa incertezza si manifesta sotto forma di piccole fluttuazioni energetiche che vanno e vengono senza sosta e che in parte si convertono in entit materiali. La teoria della relativit, attraverso l弾quazione E=mcイ , suggerisce infatti che l弾nergia possa trasformarsi in materia e viceversa.



Dunque possibile che queste particelle esistano, ma sotto forma di particella e antiparticella dalla vita brevissima e per questo sono chiamate virtuali. Le particelle virtuali quanto pi sono grandi tanto meno vivono, ma in quel breve lasso di tempo potrebbero anche diventare reali (cio particelle effettive) se potessero disporre di una fonte di energia adeguata. Ma se le particelle virtuali non possono essere viste come facciamo a sapere che esistono?

C:Documents and SettingsSabriDesktopvuotofisicachoc_quantique.pngL弾sistenza di coppie effimere particella-antiparticella nel vuoto pu essere verificata sia pure indirettamente mediante esperimenti di alta precisione ma indispensabile innanzitutto cercare uno spazio vuoto entro il quale condurre l弾sperimento. Il vuoto che possiamo ottenere sulla Terra perfino con le pi avanzate tecnologie non altro che aria rarefatta, tutt誕ltro che vuoto. Anche il vuoto cosmico tuttavia non del tutto vuoto: qualche elettrone, qualche atomo o rari granellini di polvere finissima si incontrano anche da quelle parti. Dunque per il nostro esperimento nemmeno lo spazio cosmico andrebbe bene: come si gi dimostrato un vuoto assoluto e uno spazio con quelle caratteristiche stato individuato all段nterno dell誕tomo le cui particelle costitutive sono migliaia di volte pi piccole dell誕tomo intero: ragione per cui l誕tomo nel suo complesso appare vuoto. Ebbene, proprio nel vuoto presente fra il nucleo centrale e gli elettroni che si muovono intorno ad esso si vengono a creare particelle virtuali che, come abbiamo detto, impossibile vedere direttamente ma i cui effetti sono misurabili sugli elettroni periferici dell誕tomo stesso.

L弾sperimento venne portato a termine, nell段mmediato dopo guerra, utilizzando alcune tecniche di precisione che furono messe a punto nel corso del secondo conflitto mondiale dal fisico sperimentale Willis Lamb. Egli misur piccole variazioni orbitali dell弾lettrone dell誕tomo di idrogeno le quali venivano poi confrontate con i calcoli teorici basati sulla elettrodinamica quantistica. Una seconda convalida del nuovo modo di concepire il vuoto si ebbe all段nterno dei ciclotroni, le macchine nelle quali vengono accelerate le particelle subatomiche per poi farle scontrare fra di loro. Lanciando gli uni contro gli altri, elettroni e positoni, (cio materia ed antimateria) l弾nergia che scaturisce dalla loro annichilazione sufficiente per rendere reali le particelle virtuali fluttuanti nel vuoto.

Quindi la conclusione che la scienza moderna pu trarre che dal 砺uoto sarebbe addirittura nato l旦niverso intero. Non infatti da escludere che anche il Cosmo si sia materializzato dal nulla in seguito ad una gigantesca fluttuazione quantistica del vuoto: le leggi della fisica, come abbiamo visto, non escludono una simile eventualit.





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