Prof. Roberto Falciani

Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Firenze

Introduzione qualitativa alla

Meccanica quantistica

Liceo Varchi – Ott./Nov. 2013

La Terra esiste, come la vediamo, perché esiste il SOLE, come lo vediamo.Il SOLE ci invia l’ENERGIA necessaria alla nostra VITA sotto forma di

RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA

cioè ENERGIA (Joule, Cal.?) che si propaga nel vuoto tramiteONDE ELETTROMAGNETICHE (ELM) con una velocità di circa 300000 Km/s

Campi elettromagnetici (cioè elettrici e magnetici intrinsecamente collegati l’uno all’altro) sono in grado di applicare FORZE alle cariche elettriche che incontrano nel loro percorso.

Le ONDE ELM monocromatiche sono caratterizzate da 2 parametri fondamentali:frequenza (f) e lunghezza d’onda (λ) legate dalla relazione λ x f = c (1/f=T periodo)

Qualunque corpo emette (ma anche assorbe!) ONDE ELETTROMAGNETICHE (ELM).Un “radiatore” perfetto è capace di emettere e assorbire ONDE ELM di qualunque λ e fsi chiama CORPO NERO.

Ricordiamo solo due leggi dell’emissione del CORPO NERO:

Legge di Stefan: P = σ T⁴ ∙ Legge di Wien: λ (MAX) T = 0.2897 cm K∙

Spettro della radiazione solare; notare le spesse bande di assorbimento nell’IR, origine dell’effetto serra

EffettoFotoelettrico(Lenard, 1902)

Apparato per esperienza di J.J.Thomson (1897)Viene misurata la carica specifica dell’elettrone:e/m = - 1.75588 10¹¹ C/Kg (valore attuale)∙

Per esperienza di Millikan (misura carica dell’elettrone) vedere:hep.fi.infn.it/ol/samuele/_piano_lauree_scient/Millikan.pdf

e = - 1.6022 10⁻¹⁹ C∙

Esperienza di Rutherford – Geiger – Marsden (1911)

Spettro idrogeno

Diagramma di Grotrian per idrogeno

Esperienza diFranck-Hertz

Lunghezze d’onda dellerighe delle serie diLyman (UV)Balmer (visibile)Paschen (IR)dell’H

Determinazione energieassociate alle righe misuratenelle prime 3 serie spettralidell’H (con hp quantistiche)

Fitting (manuale!) della formula di Balmer ai dati ottenuti dalle misure

Fitting (manuale!) per la serie di Lyman (N.B.: torna con Balmer!!)

Fitting (manuale!) per la seriedi Paschen; accordo con ivalori ottenuti per Balmer eLyman, quindi siamo confidenti che i risultatiottenuti rappresentinoeffettivamente qualcosa di“reale” nella struttura fisicadell’atomo di H.

Profilo di diffrazione (Fraunhofer) da fenditura singola

Diffrazione ed interferenza di un’onda elm piana monocromaticasu due fenditure adiacenti (esper. di Young)

Figura di diffrazione con raggi X

Figura di diffrazione ottenuta cone⁻ aventi la stessa lunghezza d’ondadi De Broglie dei raggi X sopra detti

Schema dispositivo sperimentaleper ottenere figure di diffrazioneda raggi X e da e⁻

Esperienza diDavisson-Germer

Esperienza di Tonomura (1989) sulla diffrazionee interferenza di un fascio di elettronimonoenergetici su un sistema di due fenditureeffettuato con diversi flussi di elettroni:a) → 10 e⁻ b) → 200 e⁻ c) → 6000 e⁻ d) → 40000 e⁻ e) → 140000 e⁻

Evidente il comportamento identico a quellodi un’onda elm monocromatica (per flussostatisticamente “sufficiente” di e⁻!) , che dimostratangibilmente il cosidetto dualismoonda-corpuscolo a livello microscopico dellamateria.

SpostamentoComptondi raggi Xdiffusi da atomi di C

Esperienza di Stern-Gerlach (1923): dimostrò l’esistenza dello spin

Esperienza diStern-Gerlach:

dettagli

Effetto tunnel : particelle atomiche hanno una probabilità non nulladi poter “passare” una barriera di potenziale (v. emissione α da nuclei)