• Maurizio Recchi

L'esperimento più bello della Fisica [Interferenza di elettroni]

[Fonte: Wikipedia]

L'esperimento della doppia fenditura utilizzando un fascio di elettroni fu eseguito per la prima volta da Claus Jönsson dell'Università di Tubinga nel 1961[5]. Fu quindi ripetuto nel 1974 a Bologna da Pier Giorgio Merli, Gianfranco Missiroli e Giulio Pozzi inviando un elettrone alla volta sulla lastra fotografica.[6] L'idea di Merli e dei suoi collaboratori fu quella di utilizzare un microscopio elettronico sia come interferometro sia come sorgente di elettroni, facendo passare gli stessi attraverso un biprisma elettronico, come originariamente concepito da Gottfried Möllenstedt. I risultati dell'esperimento del 1974, nonostante fossero stati pubblicati e nonostante fosse anche stato realizzato un documentario in proposito, andarono pressoché ignorati, tant'è che quando nel 1989 Akira Tonomura e collaboratori ripeterono l'esperimento li si considerò erroneamente i primi ad aver verificato questo risultato previsto dalla meccanica quantistica[7]. Nel 2002 la versione a singolo elettrone dell'esperimento fu votata come "l'esperimento più bello di sempre" dai lettori di Physics World[8]

Sempre al 1974 risalgono i primi esperimenti in cui si utilizzarono neutroni, dovuti ad Helmut Rauch,[9]. In questo caso si utilizzò un cristallo di silicio per sfruttare la diffrazione di Bragg ed avere due fasci neutronici coerenti da inviare all'interferometro.

L'interferometria con la tecnica delle due fenditure per le particelle ha raggiunto nel tempo livelli di eccezionalità. Nel 1999 Anton Zeilinger e i suoi collaboratori all'università di Vienna riuscirono ad effettuare l'esperimento di Young utilizzando molecole di fullerene[10] composte da 60 atomi di carbonio. L'eccezionalità dell'esperimento è dovuta al fatto che mai si era osservato il dualismo onda-corpuscolo con particelle di queste dimensioni. Nel 2003 gli stessi autori hanno esteso l'esperimento di interferenza a molecole più pesanti, le tetrafenilporfirine o fluorofullereni con 60 atomi di carbonio e 48 di fluoro, confermando ancora una volta l'evidenza del dualismo[11][12].

Gli esperimenti sono proseguiti, sempre all'università di Vienna, sotto la direzione di Markus Arndt. La tecnica sperimentale sviluppata da questo autore fa uso di un interferometro di Talbot-Lau e costituisce una profonda innovazione nel campo dell'interferometria. Essa è stata in grado di dimostrare il dualismo onda-corpuscolo con oggetti molto vicini al mondo macroscopico. Nel 2012 al Vienna Center for Quantum Science and Technology questo gruppo di ricerca ha pubblicato uno studio che fa uso di ftalocianina e suoi derivati: queste molecole si sono rivelate le prime a esibire un comportamento quantistico alle rispettive scale di grandezza di 514 AMU e 1298 AMU[13]. Un esperimento del tipo "a doppia fenditura" ha reso visibile in tempo reale il dualismo onda-particella mostrando manifestazioni ondulatorie in un fascio coerente di particelle[13]. L'emersione della figura d'interferenza ha richiesto, oltre alla produzione di un fascio di particelle dotato della necessaria coerenza, anche l'eliminazione degli effetti distruttivi dovuti all'interazione delle particelle con le forze di Van der Waals[13]. Oltre alla valenza didattica e divulgativa (il formarsi della figura di interferenza è visibile in un video pubblicato su YouTube dagli stessi autori della ricerca[14]), l'esperimento riveste un certo interesse per la possibilità di indagare su molecole di grandezza simile o superiore e per la possibilità di esplorare i confini tra comportamento classico e comportamento quantistico[13].

Nel 2018 è stata ottenuta la prima dimostrazione di interferenza quantistica di antimateria dal gruppo guidato da M. Giammarchi al laboratorio positroni di R. Ferragut del Politecnico di Milano[15]


[sito ufficiale: L'Esperimento più bello della Fisica]


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