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FISICA/ Lo strano mistero degli elettroni pesanti svelato in un “tunnel”

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È questo sostanzialmente il punto di partenza delle ricerche svolte da Davis in collaborazione con la McMaster University e i Los Alamos National Laboratories. Per andare a studiare gli elettroni da vicino e per seguirli nei loro spostamenti i ricercatori hanno utilizzato un microscopio a effetto tunnel (in inglese STM, Scanning Tunnelling Microscope), un potente strumento comunemente impiegato per la caratterizzazione delle superfici e in questo caso adattato per investigare con elevata sensibilità e a basse temperature una superficie di metallo contenente elettroni pesanti.

 

Così Davis descrive la tecnica utilizzata: “Immaginate di sorvolare uno specchio d’acqua dove delle onde si stanno muovendo su e giù, ma senza propagarsi verso riva. Quando passate a filo sopra le onde, in corrispondenza delle creste potete sfiorare l’acqua, mentre negli altri punti siete troppo distanti. Questo è simile a quello che fa il nostro microscopio: acquisisce immagini che descrivono come gli elettroni possono saltare da ciascun punto della superficie verso la punta della nostra sonda”.

 

In pratica si applica una differenza di tensione tra la punta del microscopio e la superficie studiata che permette agli elettroni di attraversare il vuoto che li separa. In questo modo è possibile misurare la lunghezza d’onda degli elettroni in funzione della loro energia.

 

“Questa tecnica rivela che noi stiamo trattando davvero ‘elettroni pesanti’, o si potrebbe dire meglio, elettroni che agiscono come se fossero molto pesanti perché sono in qualche modo fortemente rallentati.”, aggiunge Davis. Nel caso dei materiali a base di uranio il rallentamento è di appena una frazione di secondo, un attimo. Tuttavia, poiché energia cinetica e massa sono legate tra loro da una relazione matematica, anche un piccolissimo rallentamento è sufficiente perché gli elettroni appaiano molto pesanti.

 

Per cercare di capire quello che succede, possiamo immaginare i giocatori di una squadra di calcio che iniziano a correre per il campo appena dopo il calcio d’inizio. Se ogni giocatore è libero di correre, senza impedimenti di sorta, l’intera squadra ci sembrerà agire come un’onda di “elettroni” sostanzialmente indipendenti. Immaginiamo invece che il campo sia riempito di sedie e che ogni giocatore debba sedersi per un istante ogni volta che s’imbatte in una sedia prima di continuare la sua corsa. In questo caso le sedie giocano il ruolo degli atomi di uranio e ovviamente queste interazioni tra giocatori e sedie (tra elettroni e atomi d’uranio) rallentano i movimenti.

 

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