La danza degli elettroni
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Gli elettroni …. in fondo fanno la stessa cosa ! La danza degli elettroni
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Gli elettroni …. in fondo fanno la stessa cosa !
La danza degli elettroni
La danza degli elettroni
Per farsi una idea dello strano comportamento delle particelle del micro-mondo quantico, Niels Bohr. Premio Nobel del 1922, ha proposto il criterio detto 'di corrispondenza'.Se partiamo da un micro-sistema quantico ,semplice come una particella o più complesso, con l'aumentare delle sue dimensioni, le sue proprietà e le leggi, che regolano il suo comportamento, devono sempre più identificarsi con quelle degli oggetti macroscopici , 'corrispondenti' al sistema di partenza.Passando dalle dimensioni 'micro' a quelle 'macro', anche le strane leggi del micro-cosmo quantico devono uniformarsi e 'corrispondere' alle leggi note , valide per il mondo degli oggetti quotidiani.Pioniere della fisica atomica, già nel 1913 Bohr aveva spiegato l'emissione della luce da parte degli atomi, che avviene quando un elettrone 'salta' da un'orbita ad un'altra, e passa da uno 'stato quantico' ad un'altro di energia minore.
'Per le molecole, le cose sono più complicate...',spiega Fermi nel suo trattato 'Molecole e cristalli‘,1934, ripubblicato nel 1982. E lo sono ' a causa delle diverse possibilità che hanno i nuclei delle stesse molecole, di ruotare e di oscillare '.Una molecola bi-atomica , cioè costituita da due atomi, ,ha in genere un 'momento elettrico parallelo al proprio asse '.Se i due atomi della molecola non occupano la stessa posizione nello spazio e sono separati, si ha cioè un dipolo elettrico ,ovvero una carica positiva ed una negativa, separate da una certa distanza.E il 'momento elettrico' è legato alla direzione dell'asse di separazione.Quando la molecola ruota, il suo momento elettrico varia in direzione ,anche se non in modulo, o in grandezza. A questo moto ,corrisponde l'emissione di luce nell'infra-rosso.'Se i nuclei della molecola oscillano l'uno contro l'altro,, si ha in corrispondenza anche una oscillazione della grandezza del momento elettrico . E conseguentemente l'emissione di radiazione luminosa con la frequenza dell'oscillazione.'Tutte queste emissioni sono nell'infra-rosso, perché le energie in gioco sono molto inferiori a quelle degli elettroni, che orbitano lontani dai nuclei , e che 'saltando',emettono nel visibile.
La danza degli elettroni
Nel lavoro pubblicato da Nature, gli esperti dell'INFM spiegano come sono riusciti a limitare quattro elettroni in un 'buco quantico', e a farli 'danzare', ovvero ruotare e oscillare in maniera correlata , imitando così il comportamento di strutture più complesse, come le molecole.
Nella danza dei comuni mortali, le movenze , come le oscillazioni e le rotazioni,
Sono dettate dall'agilità e dalle capacità fisiche degli arti, come braccia e gambe, e dalla forza di gravità. Nella 'danza' dei quattro elettroni nel 'buco quantico', si
rivelano a un nuovo livello,le movenze tipiche degli oggetti del micro
mondo,regolate dalle più strane leggi quantistiche.
La danza degli elettroni
Se un campo magnetico esercita una forza su un conduttore
percorso da corrente, è lecito pensare che ogni particella
carica che si muove in un campo magnetico subisce una forza,
poiché la corrente è costituita da cariche in movimento.
Questa forza è la forza di Lorentz, così detta dal nome del fisico olandese
Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928), premio Nobel per la fisica nel 1902. Per
calcolare l'intensità della forza di Lorentz partiamo dalla forza esercitata su
un tratto di filo di lunghezza l percorso da una corrente I:
Una particella con carica q che si muove in quel tratto di filo produce
una corrente data dalla sua intensità di carica nell'unità di tempo,
quindi:
La danza degli elettroni
Se la particella si muove con velocità uniforme v, percorre un tratto l in un tempo
t e la corrente si può scrivere:
così l'intensità della forza di Lorentz diventa:
La direzione della forza di Lorentz è perpendicolare alla velocità della particella e
perpendicolare al campo magnetico; il suo verso è quello del pollice nella regola
della mano sinistra (come per la forza esercitata su un filo percorso da corrente),
se la carica è positiva (il verso convenzionale della corrente infatti è quello delle
cariche positive), ed è quello opposto se la carica è negativa.
La Forza di Lorentz
Essendo sempre perpendicolare alla direzione della particella carica, la forza di Lorentz
funge da forza centripeta per una particella di velocità perpendicolare alla direzionedel campo magnetico e costringe la particella a curvare la sua traiettoria lungo unpercorso circolare, il cui raggio r si può ricavare uguagliando la forza di Lorentz allaforza centripeta:
Questo effetto è sfruttato negli acceleratori di particelle ad anello, che, attraverso l'uso
di campi magnetici, costringono le particelle cariche a rimanere confinate sutraiettorie circolari. Conoscendo l'intensità dei campi magnetici applicati, e
misurandoLa velocità e il raggio della traiettoria della particella, la formula data sopra può
essereutilizzata per determinare la massa di particelle cariche sconosciute.
La Forza di Lorentz
Ciclotrone
Vi presento ……. LHC
L'Acceleratore LHC, costruito al CERN alla frontiera franco-svizzera vicino a Ginevra è
il più grande acceleratore di particelle al mondo. E' stato costruito nello stesso tunnel
del LEP (grande collisore elettrone-positrone) del CERN. I due fasci di protoni di LHC
saranno accelerati in direzione opposta su 27 km di circonferenza prima di entrare in
collisione.
I fasci collideranno ad una energia nel centro di massa, ancora mai raggiunta, di 14 TeV.
L'LHC funzionerà grazie alla superconduttività con 1232 dipoli magnetici
superconduttori per guidare il fascio. Funzionerà alla temperatura di -272° C. I fasci di
protoni saranno preparati dalla catena di acceleratori esistenti al Cern, prima di essere
iniettati nell'LHC.
Gigantesche caverne sono state scavate per ospitare gli esperimenti di LHC. Quella che
accoglierà il rivelatore ATLAS è grande come un palazzo di sei piani!
LHC : Large Hadron Collidder
LHC : Large Hadron Collider
Ad ogni secondo, 800 milioni di collisioni protone protone
saranno prodotte ad LHC. Ad ogni collisione migliaia di particelle
saranno viste nei rivelatori. Il flusso di informazioni sarà allora
comparabile con quello del traffico telefonico generato dalla
Popolazione mondiale. La produzione delle particelle più interessanti
come la particella di Higgs è molto rara. Si prevede che ne sarà
prodotta non più di una al giorno !
LHC : Large Hadron Collider
E' la macchina più grande del mondoNon esiste al mondo una struttura che sia grande 27 km; nonostante le dimensioni è leggerissima pesa solo 38.000 tonnellate meno di 50 treni Eurostar. 12.500 tonnellate esperimento CMS, 7.000 tonnellate esperimento ATLAS. IN CMS c'è più ferro che nella Tour Eiffel.
E' il posto più freddo dell'Universo ma anche il punto più caldo della galassiaGran parte di questa macchina è tenuta ad una temperatura di oltre 271 gradi sotto lo zero. Mentre nei punti dove avvengono le collisioni si raggiunge una temperatura 1000 miliardi di volte superiore a quella del cuore del Sole. >
Ognuno dei 6.300 filamenti superconduttori al nobio-titanio presenti in LHC ha uno spessore di circa 6 millesimi di millimetro, 10 volte più sottile di un capello umano.
I protoni viaggeranno in LHC, una volta raggiunta la massima energia, a una velocità di 0,999999991 la velocità della luce, cioè vicinissimi alla velocità massima raggiungibile nell'Universo. > Ogni protone effettuerà ogni secondo, ben 11.000 giri completi dell'anello di 27 chilometri > I fasci di protoni si incrociano 40 milioni di volte al secondo.
Numero di collisioni a regime: fino a 25 collisioni tra protoni ogni 25 nanosecondi (miliardesimi di secondo), cioè circa 1 miliardo di collisioni al secondo.
LHC è formato da 2.000 magneti superconduttivi mantenuti ad una temperatura di -271°C > E' la più grande fabbrica di informazione del mondo
Ogni anno i dati prodotti dagli esperimenti di LHC produrranno l'equivalente di centomila DVD.
LHC …. da i numeri!
LHC : osserva il suo funzionamento
Dalle immagini che hai visto e dai filmati proposti ti sarai accorto che si parla di circonferenze , di traiettorie circolari ………. insomma di coniche!
THE END
