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La luce nella meccanica quantistica: i fotoni
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Alla fine del XIX secolo la teoria
ondulatoria della luce sembrava poggiare su solide |
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basi. James Clerk Maxwell
era riuscito a formulare un insieme di equazioni in grado di spiegare
le diverse proprietà del campo elettromagnetico. Tutti gli
esperimenti confermavano le previsioni teoriche; infine, le prime
applicazioni tecnologiche (la più importante di esse è
la radio) facevano la loro comparsa.
Tuttavia, proprio all'inizio del 1900 questo grandioso edificio cominciò
a vacillare. Tre furono le tappe fondamentali che portarono a una
radicale rivoluzione nella descrizione dei fenomeni elettromagnetici:
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1900: il
corpo nero. Nel corso dei suoi studi teorici sulle proprietà
dello spettro di |
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emissione del corpo nero, Max Planck
ipotizzò che gli scambi energetici tra la radiazione e la materia
avvengono tramite quantità finite (chiamate appunto quanti)
di energia.
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1905: l'effetto
fotoelettrico. Albert Einstein,
sempre nel tentativo di spiegare il modo in cui radiazione e materia
interagiscono tra loro, suppose che la radiazione stessa sia composta
da quanti (i fotoni), ovvero da "pacchetti" di energia del
campo elettromagnetico.
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1923: l'effetto
Compton. Un terzo tipo di interazione tra la radiazione e la materia
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venne descritto in maniera semplice
e soddisfacente da Arthur Holly Compton,
il quale riprese l'idea di Einstein che la luce sia costituita da
particelle dotate di energia e impulso.
Quest'ultima era la prova definitiva che convinse la comunità
scientifica circa la natura corpuscolare della luce. Emerse quindi
un nuovo modello del campo elettromagnetico, descritto dalla meccanica
quantistica: la luce, accanto alle proprietà ondulatorie classiche,
in determinate condizioni, manifesta anche proprietà corpuscolari. |
Introduzione