Un facile esperimento sull’effetto fotoelettrico

Oggi vi presento un facilissimo esperimento per osservare l’effetto fotoelettrico. Bastano pochi componenti elettronici facili da trovare: un LED che emetta luce verde dal corpo trasparente, una resistenza attorno al migliaio di Ohm e un voltmetro. In questo post ho usato, al posto del voltmetro, una scheda Arduino.

L’effetto fotoelettrico consiste nell’emissione di elettroni da parte di un materiale illuminato da luce di frequenza sufficientemente alta. Stando ai risultati ottenuti da Planck, la luce è costituita di un flusso di particelle dette fotoni, ciascuna delle quali possiede un’energia E=hf, dove f è la frequenza della luce misurata in Hertz e h la costante di Planck. Gli elettroni possono essere estratti dal materiale solo se E>V dove V è l’energia di legame degli elettroni nel materiale considerato (tipicamente dell’ordine di qualche eV). Se i fotoni hanno energia sufficiente, l’intensità della corrente prodotta dall’effetto fotoelettrico è proporzionale all’intensità della luce che lo provoca.

Osservando l’interno di un LED attraverso il suo corpo si vede che è formato di due parti: una più massiccia e l’altra più sottile, come si vede nell’immagine qui sotto, tratta da un lavoro di Aaron Hebin (in tedesco).

LED-internals.png

L’anodo va collegato al polo positivo di una pila, mentre il catodo va connesso al polo negativo attraverso una resistenza di almeno 100 Ohm (per limitare la corrente che scorre nel dispositivo). L’elemento più grande serve a sostenere un cristallo di materiale semiconduttore, collegato elettricamente all’altro elemento da un filo sottilissimo e praticamente invisibile.

L’energia di legame degli elettroni presenti nel cristallo di cui è fatto un LED verde è di circa 2.3 eV. Se quindi s’illumina il LED con luce di energia maggiore o uguale a questa (verde o blu), dal LED escono elettroni. Viceversa, illuminando il LED con luce di energia minore (rossa), non si provoca alcuna emissione di elettroni.

Gli elettroni eventualmente generati fluiranno per lo più attraverso il corpo del LED, che è conduttore, e genereranno quindi una corrente.

Se si collega una resistenza da un migliaio di Ohm in serie al LED e si misura la differenza di potenziale ai capi della serie ci aspetteremmo di trovare zero, perché non ci sono generatori in questo circuito. E invece si misura qualche decina di mV. Il motivo è che la luce ambiente è sufficiente a produrre l’effetto fotoelettrico. Il cristallo emette elettroni che s’incanalano nel circuito e provocano una corrente che si rivela attraverso la caduta di potenziale ai capi della resistenza.

Noi abbiamo fatto la misura con il dispositivo sotto illustrato.

IMG_20171118_153601.jpg

Una resistenza R1 da 220 Ohm connette il pin GND di Arduino al catodo di un LED verde. L’anodo dello stesso LED è connesso invece a una resistenza R2 da 1kΩ collegata poi al pin A0 di Arduino. Sotto si vede un particolare dei collegamenti:

LED-photoelectric-effect.png

Arduino è quindi usato come un voltmetro per misurare la differenza di potenziale ai capi della serie R1+LED+R2 con uno sketch semplicissimo:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.println(analogRead(A0));
  delay(250);
}

 

In condizioni ordinarie di luce leggiamo un valore attorno ai 100 mV. Basta coprire il LED con la mano per veder scendere il valore a meno di 80 mV. Il fenomeno è dovuto al fatto che la mano copre la luce ambiente, anche se solo parzialmente, che ha uno spettro continuo la cui frequenza varia da quella del rosso a quella del violetto. Si può vedere facilmente che, aumentando l’intensità della luce o diminuendola (agendo, per esempio, sulle tapparelle) la differenza di potenziale (e quindi l’intensità della corrente che scorre nelle resistenze) aumenta o diminuisce di qualche decina di mV.

Illuminando poi il LED con luce verde o violetta (potete usare lampade colorate oppure opportune App per smartphone oppure, ancora meglio, laser di colore diverso) potrete constatare come la luce rossa non provoca alcun fenomeno, mentre quella verde o azzurra sì. Fate attenzione a illuminare bene il cristallo. Per ottenere l’effetto voluto occorre disporre la sorgente luminosa esattamente sopra la parte curva del LED, in modo che la luce raggiunga il cristallo. Se s’illumina il corpo del LED lateralmente l’esperimento funziona male perché la luce non raggiunge bene il cristallo che dovrebbe produrre l’effetto fotoelettrico.

 

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Il meccanismo di Higgs per tutti

È stato da poco dato alle stampe il mio ultimo articolo su come illustrare il Meccanismo di Higgs che fornisce massa alle particelle elementari al grande pubblico. Dalla scoperta della particella si sono moltiplicati i tentativi di rendere accessibile e comprensibile un meccanismo così complesso. Anch’io ho fatto la mia parte con alcuni modelli semplificati: uno più tecnico, con due articoli [1][2], ripreso nel mio testo di Fisica Sperimentale, e un altro adatto a un pubblico più generico come nel caso del video che trovate qui. Ho anche registrato una puntata di FISICAST al riguardo.

Un ulteriore tentativo di rendere comprensibile il meccanismo l’ho fatto con un articolo pubblicato da poco sulla rivista Physics Education, che trovate qui (sito dell’editore) o qui (arXiv). L’articolo ha per titolo “A ball pool model to illustrate Higgs physics to the public” e si può citare come 2017 Phys. Educ. 52 023001. L’identificatore del documento (DOI) è 10.1088/1361-6552/aa4f8a.

Grazie alla Sig.ra Miriam di “Tutto Gonfiabili” per avermi concesso l’uso delle loro immagini.

[1] “The Higgs mechanism for undergraduate students”, in Nucl. Part. Phys. Proc. 273–5 2572–4.

[2] “Unveiling the Higgs mechanism to students” in Eur. J. Phys. 33 1397–406.

Fisica Sperimentale: nuova edizione

Una nuova edizione del mio e-book “Fisica Sperimentale” è ora disponibile alla pagina dei Link. La nuova versione è molto più ampia delle precedenti e contiene praticamente tutto quello che è necessario per un corso di fisica completo (almeno per come lo intendo io). Manca solo un capitolo relativo agli esperimenti per la misura della velocità della luce e all’esperimento di Michelson e Morley e un paragrafo sugli oscillatori forzati, utile per spiegare il funzionamento delle antenne.

Si potrebbe introdurre un capitolo sui fluidi, ma non lo ritengo fondamentale. Il fatto è che il mio corso di fisica è pensato allo scopo di portare lo studente a comprendere di cosa è fatto l’Universo e come funzioni. Per questa ragione è molto diverso dai corsi tradizionali.

Gli argomenti sono presentati in una sequenza diversa e innovativa. L’obiettivo non è quello di trasmettere nozioni di fisica, ma di costruire una visione del mondo a partire dalle osservazioni sperimentali. Partendo dalla misura e quindi dalla definizione operativa del concetto di temperatura, si passa a cercare di capire la natura del calore. Si osserva che gli oggetti si scaldano esponendoli alla luce o se vengono colpiti violentemente da un altro oggetto. Questo porta allo studio delle proprietà della luce e quindi delle onde, da una parte, e a quello del moto dall’altra. Lo studio del moto induce a pensare che i corpi estesi siano formati di particelle più piccole e il modo migliore per studiare sistemi di molte particelle è quello di scegliere insiemi di particelle non interagenti: per questo si studiano le proprietà dei gas dalle quali si arriverà alla formulazione delle leggi della termodinamica. In questo modo il concetto di energia risulta molto più comprensibile e funzionale all’obiettivo che ci poniamo all’inizio. La scoperta dei fenomeni elettromagnetici porterà alla formulazione di ipotesi sulle interazioni cui sono soggette le particelle che costituiscono i corpi e quindi all’identificazione delle prime particelle elementari.

Il libro termina con l’introduzione alla fisica moderna che, grazie all’accorta preparazione fatta durante l’esposizione della fisica classica, non è più presentata come qualcosa di misterioso, ricco di paradossi e assurdità, ma come una naturale estensione dei concetti della fisica classica. Nella prima parte, infatti, s’insiste molto sul concetto di stato e del ruolo che ha la misura in fisica. Questi concetti sono di norma trascurati nei testi tradizionali ed è per questo che la meccanica quantistica o la fisica della relatività paiono “strane“. Se invece si prepara il terreno opportunamente queste parti della fisica moderna appaiono decisamente più “normali” e “naturali“.

Ci sono ancora piccoli aggiustamenti da fare: qualche dato sperimentale mancante, filmati da aggiungere, link da sistemare, etc.. Nella prossima edizione sistemeremo anche questi, insieme agli inevitabili errori che certamente ci saranno e che spero mi segnalerete leggendo le mie note.

Potete contribuire allo sviluppo di questo testo segnalando eventuali errori o proponendo riformulazioni degli argomenti trattati, oppure ancora donando una cifra (piccola, mi raccomando) usando PayPal (leggete la prefazione per sapere perché).

Il testo è disponibile in tre formati: completo, da fruire su un tablet o un computer con filmati incorporati nel testo; light, sempre da fruire su un tablet o un computer, ma con soltanto i link ai filmati (è quindi necessario un collegamento a Internet); da stampare, in formato portrait, evidentemente senza elementi multimediali, ma con tutte le informazioni per raggiungerli attraverso qualsiasi browser. I tre formati sono disponibili a questo indirizzo: http://www.roma1.infn.it/people/organtini/publications/, insieme ad altre risorse.

Ricercatori per un giorno al CNAO di Pavia

Source: Ricercatori per un giorno al CNAO di Pavia

Il 6 febbraio scorso gli studenti del Liceo Brandolini Rota di Oderzo (TV) hanno preso parte a un esperimento presso il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) di Pavia. Gli studenti hanno realizzato, con una stampante 3D costruita da uno di loro, il modello di un cranio nel quale era alloggiato il modello di un cervello costituito di sezioni trasversali dello spessore di alcuni cm l’una. Il cranio è stato esposto a uno dei fasci di protoni del CNAO, simulando un trattamento di adroterapia.

Il progetto nasce nel 2015, quando i ragazzi del liceo, guidati dalla Prof.ssa Katia Vittor, partecipano al concorso del CERN “A beamline for schools“. Il concorso internazionale, giunto quest’anno alla sua terza edizione, mette in palio l’uso di un fascio di protoni al CERN per l’esecuzione di un esperimento proposto da una scuola. L’edizione 2015 è stata vinta dal Liceo Scientifico Leonardo da Vinci di Firenze, con la proposta di usare il sensore di una webcam per rivelare il passaggio di particelle. Tuttavia, data la presenza di molti progetti validi, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ha deciso di dare a un’altra squadra una sorta di “premio di consolazione”, ossia l’opportunità di realizzare l’esperimento proposto nel nostro Paese. Una commissione ha individuato nella scuola di Oderzo quella più meritevole. Con la collaborazione della Dr.ssa Silvia Meneghello, responsabile della comunicazione CNAO, abbiamo così organizzato la visita presso questo centro, che sembrava la scelta naturale per il tipo di proposta.

Il Dr. Marco Pullia, responsabile della ricerca e sviluppo CNAO, ha accolto i ragazzi, accompagnati dalle insegnanti Catia Parolin e Lara Visentin, con un interessante seminario sulle tecniche di accelerazione delle particelle e sull’uso terapeutico dei fasci di adroni. Subito dopo il gruppo ha visitato il centro e raggiunto la sala d’irraggiamento dove ha posizionato il cranio sul lettino dopo aver inserito tra le sezioni del cervello alcune lastre radiosensibili. Sono stati gli stessi ragazzi della Brandolini Rota ad azionare l’interruttore che dà il via all’irraggiamento, dopo il quale hanno potuto analizzare le lastre per osservare gli effetti della radiazione. Nel primo irraggiamento il fascio penetrava nell’organo molto più del previsto. La stampa 3D, infatti, per ragioni di economia e strutturali, non produce solidi pieni, ma forme al cui interno è presente una struttura a nido d’ape. Gli irraggiamenti sono stati quindi ripetuti con energie minori del fascio e così si è giunti a osservare sia il picco di Bragg che la struttura alveolare dell’interno del cervello stampato.

Gli studenti hanno così avuto l’opportunità di eseguire un esperimento durante il quale l’interpretazione dei dati sperimentali ha condotto a informazioni altrimenti impossibili da ottenere da una semplice analisi visiva: un’attività tipica della ricerca in fisica.

International Cosmic Day 2014

Ieri abbiamo celebrato anche a Roma l’International Cosmic Day: un evento internazionale che si svolge in contemporanea in diversi Paesi del mondo, per far conoscere la fisica dei raggi cosmici. La prima edizione si è tenuta nel 2012, in occasione del centenario della scoperta dei raggi cosmici, che ha poi dato vita alla fisica delle particelle.

DSC_0294Hanno partecipato gli studenti di alcune scuole di Roma: L’IISS Darwin Liceo Scientifico Pitagora, il Liceo Croce, l’IIS Amaldi, il Liceo Morgagni, il Liceo Malpighi, il Liceo Farnesina e il Liceo Virgilio.

Dopo aver seguito un seminario sui raggi cosmici, gli studenti hanno potuto osservarli con una camera a scintilla. La camera a scintilla è uno strumento costituito di un serbatoio pieno di gas nel quale sono immersi vari piani metallici tenuti a una differenza di potenziale di 4700 V. Quando una particella carica attraversa il gas lo ionizza e scocca una scintilla lungo il canale ionizzato disegnando una bella traccia arancione laddove è passata la particella.

Gli studenti del Virgilio, poi, forti della loro esperienza in quDSC_0293esto campo, hanno illustrato ai loro colleghi come costruire una camera a nebbia. Ne hanno quindi realizzato due esemplari con i quali abbiamo osservato le tracce prodotte dal passaggio delle particelle. A questo punto gli studenti delle altre scuole potranno cimentarsi nella costruzione di questo rivelatore presso i loro istituti e stupire i loro colleghi (nonché genitori e insegnanti).

Tutte le foto dell’evento sono su Google+. Alcuni video sono stati pubblicati sulla pagina youtube della Facoltà di Scienze.

Teletrasporto Quantistico

È di oggi la notizia della pubblicazione su Nature Photonics di un esperimento che ha consentito di verificare la possibilità di eseguire un teletrasporto quantistico a distanze ragguardevoli: 25 km. Il lavoro rappresenta un nuovo record di distanza per questo genere di esperimenti.

teletrasporto

Ho diffuso la notizia attraverso il mio canale twitter e Valentina @sketchpyl ha reagito col tweet riportato a fianco. Valentina: mi hai provocato e io…me te magno!

Cerchiamo dunque di capire di che si tratta senza citare la nota serie televisiva. Prima di tutto non si tratta di teletrasporto di particelle, ma d’informazione. Quando leggete questa pagina il vostro browser scarica le informazioni da me prodotte da un server che si trova da qualche parte sulla Terra. In altre parole trasporta l’informazione da me prodotta e registrata su un disco presso il vostro domicilio attuale. Anche se l’accesso a questa informazione vi appare istantaneo, in realtà non lo è. Il browser fa una richiesta al server, che cerca l’informazione sul disco, la trova, la codifica e la invia al browser attraverso la rete Internet. Una volta inviata, all’informazione occorre un certo tempo per arrivare a voi: muovendosi a una velocità media pari a circa la metà della velocità della luce nel vuoto, per percorrere una distanza di 25 km impiega una quarantina di microsecondi (milionesimi di secondo) per giungere a destinazione.

Con un sistema quantistico l’informazione si può, al contrario, trasmettere in modo istantaneo, grazie al fenomeno dell’entanglement. Nella Meccanica Classica lo stato di una particella è determinato univocamente dalla sua posizione e dalla sua velocità. Note queste due grandezze si può predire l’evoluzione del sistema nel tempo, conoscendo le forze che agiscono sulla particella.

Nella Meccanica Quantistica, invece, lo stato non solo non è determinato da posizione e velocità, ma non è nemmeno univocamente determinato, in un certo senso. Per definire lo stato di una particella se ne devono conoscere l’energia e il momento angolare: due grandezze fisiche che si possono misurare (non c’importa come, in questo contesto). Questo significa che una singola particella con uno stato ben definito potrebbe avere una posizione qualunque e quindi si può trovare contemporaneamente in due punti diversi dello spazio. È quello che si chiama dualismo onda-corpuscolo: la particella, in un ben definito stato di energia e momento angolare, non ha una posizione definita e si comporta come un’onda. Per quanto ci possa sembrare strano, le cose stanno effettivamente così: gli elettroni, ad esempio, che siamo abituati a considerare particelle, si comportano come onde in certi casi, tanto che si possono costruire i microscopi elettronici in cui i fasci di elettroni si comportano come se fossero fasci di luce! Basta convincersi del fatto che pretendere che una particella si trovi in uno e un solo punto dello spazio è solo un pregiudizio derivante dalla nostra esperienza: se l’esperienza dimostra che così non è, per quanto mi sembri strano, lo devo accettare come un fatto.

Per la Meccanica Quantistica l’oggetto delle nostre osservazioni è sempre qualcosa caratterizzato da uno stato e non si può mai classificare come onda o particella: è sempre entrambe le cose, secondo la maniera in cui lo si osserva. Fino a quando il sistema non interagisce con qualcos’altro il suo stato può benissimo essere non perfettamente definito. Ad esempio: se produco in qualche modo una particella di energia nota, ma non impongo un valore al momento angolare, la particella in questione si trova in una sovrapposizione di stati di momento angolare. Assume, cioè, contemporaneamente, tutti i possibili stati di momento angolare. Solo nell’istante in cui eseguo una misura di questa grandezza la particella assume un particolare stato di momento angolare! E, badate bene, la particella si trova realmente in una sovrapposizione di stati: non stiamo in questo modo traducendo in maniera surrettizia la nostra ignoranza sul suo stato. C’è un esperimento che lo dimostra.

Il momento angolare è qualcosa che possiede una direzione e un verso, come il momento angolare di una trottola che si può rappresentare come una freccia allineata con l’asse di rotazione e la punta rivolta in su o in giù secondo il verso di rotazione (antiorario od orario, visto da sopra) della trottola. Supponiamo di avere una trottola quantistica di cui possiamo misurare, in qualche modo, il momento angolare e supponiamo di averla trovata nello stato in cui il momento angolare è rivolto all’insù. Se eseguissimo la stessa misura più tardi, naturalmente, la troveremmo di nuovo in quella condizione. Ma se misuriamo il momento angolare lungo un’altra direzione, per esempio quella orizzontale, non troveremmo zero, come ci aspetteremmo per una trottola classica: la trottola ci apparirebbe ruotare con l’asse orizzontale. Se ripetiamo questa stessa misura su tante trottole con momento angolare all’insù troveremmo metà delle volte la trottola che ruota con momento angolare orizzontale verso sinistra e metà delle volte con momento angolare orizzontale verso destra. E se si rimisura il momento angolare nella direzione verticale, dopo che si è eseguita questa misura, non si trova più la trottola che ruota con il momento all’insù, ma per metà delle volte su e per metà delle volte giù.

Negli esperimenti di teletrasporto quantistico si producono due particelle (fotoni) in uno stato di momento angolare totale noto, che si ottiene combinando opportunamente i momenti angolari delle due particelle. Con due fotoni, uno con momento angolare su e l’altro con momento angolare giù, posso costruire uno stato con momento angolare nullo. Se separo le due particelle sparandole in direzioni opposte, il sistema costituito dalle due particelle è sempre un sistema di momento angolare nullo e tale deve restare. Di ciascuna particella però non conosco il reale stato di momento angolare: quella sparata verso sinistra, ad esempio, avrà momento angolare su se quella di destra ha momento angolare giù o viceversa. Ma dal momento che non conosco lo stato di momento angolare di ciascuna delle due particelle, ciascuna di esse si deve trovare in una sovrapposizione di stati: si trova cioè contemporaneamente nello stato su e nello stato giù.

Se però eseguo una misura di momento angolare su una delle due particelle della coppia troverò sicuramente su o giù. In quel momento conosco esattamente e istantaneamente lo stato della seconda particella che deve essere per forza opposto a quello della prima. In pratica è come eseguire una misura di momento angolare su una particella che si trova a 25 km da me e conoscere il risultato istantaneamente. Se usassi uno strumento a 25 km di distanza da me, che misurasse il momento angolare della seconda particella, non conoscerei il risultato prima di una quarantina di microsecondi (tanto ci vorrebbe per far sì che il segnale elettrico prodotto da uno strumento di misura mi raggiungesse). In definitiva, con questo sistema riesco a teletrasportare l’informazione relativa allo stato di momento angolare della seconda particella, senza necessità di attendere il risultato di una misura eseguita su di essa e senza di fatto interagire in alcun modo con essa.

La verifica di questa proprietà è fondamentale per dirimere una questione non da poco: la Meccanica Quantistica infatti sembra incompatibile con quella Relativistica secondo la quale è impossibile trasferire informazione a velocità superiori a quella della luce, come in questo caso. Qui infatti non si tratta di conoscere o meno lo stato di una particella, ma in qualche modo di alterarlo istantaneamente attraverso un’operazione eseguita a diversi km di distanza.

Inoltre la verifica di questa proprietà apre la strada a sistemi di crittografia quantistici impossibili da decifrare. Esistono infatti tecniche che permettono di usare sistemi entangled, per cui il destinatario dell’informazione ottiene un pacchetto di fotoni il cui stato è indeterminato fino a quando il mittente non esegue la sua misura, rivelando il contenuto al destinatario. Un eventuale tentativo di carpire l’informazione nelle mani del destinatario produrrebbe un’informazione casuale perché altererebbe l’informazione in modo non controllato.

Il bosone di Higgs potrebbe distruggere l’Universo

Che scemenze che tocca leggere! Non ho ancora capito se chi scrive queste cose lo fa apposta oppure davvero non capisce nulla di quel che scrive…

Leggo da un articolo su Repubblica online: lo scienziato allerta sui potenziali rischi legati agli esperimenti sulla cosidetta “particella di Dio”... Ma si può scrivere una scemenza del genere? Ma quando mai?

Quel che c’è scritto sul libro di Hawking è questo: “The Higgs potential has the worrisome feature that it might become metastable at energies above 100 billion gigaelectronvolts (GeV). This could mean that the universe could undergo catastrophic vacuum decay, with a bubble of the true vacuum expanding at the speed of light. This could happen at any time and we wouldn’t see it coming.”

Il cosiddetto problema della stabilità del vuoto è noto almeno dal 1974 (ben prima che si scoprisse il bosone di Higgs, ma dieci anni dopo la sua ipotesi) ed evidentemente non ha nulla a che fare con la scoperta del bosone. Il bosone, evidentemente, esisteva anche prima di essere scoperto, quindi anche se non l’avessimo scoperto un eventuale suo ruolo nella morte dell’Universo così come lo conosciamo sarebbe stato indipendente dagli esperimenti. Che c’entrano gli esperimenti? I rischi legati agli esperimenti? Ma che dite?

Detto questo, il problema è tale solo per gli scienziati! Voglio dire che nel nostro ambiente il termine “problema” di usa quando qualcosa non si capisce, non nell’accezione in cui normalmente questa parola è usata (ho un problema: la macchina non parte e farò tardi al lavoro!). In cosa consiste il problema?

Il campo di Higgs, che è quello che dà origine alla massa delle particelle interagendo con esse, ha una curiosa proprietà: se fossimo capaci di rimuoverne un po’ da una regione dell’Universo si troverebbe in una condizione energetica instabile che lo spingerebbe a riformarsi immediatamente e spontaneamente. In altre parole possiamo pensare (molto superficialmente) che un Universo completamente vuoto sia estremamente instabile e che tenda ad evolvere spontaneamente verso una condizione nella quale è presente una certa quantità di campo di Higgs. Quando un sistema evolve spontaneamente verso una condizione lo fa perché la nuova condizione è energeticamente favorevole rispetto a quella iniziale: un Universo vuoto (pieno di nulla) ha quindi un’energia maggiore rispetto a quella posseduta da un Universo riempito di campo di Higgs. Quindi l’Universo tende a stare in una condizione che rappresenta un minimo dell’energia. Il problema consiste nel fatto che, in linea di principio, di questi minimi ce ne potrebbero essere più d’uno. In particolare non si può escludere, nota ormai la massa del bosone, che esista un minimo più favorevole rispetto a quello in cui ci troviamo oggi. Se esistesse quest’altro minimo l’Universo potrebbe transire spontaneamente verso questa condizione, nella quale le leggi fisiche sarebbero del tutto diverse e dunque non potremmo esistere.

È del tutto evidente che questo non ha niente a che fare con la scoperta del bosone, ma, se mai, è una proprietà dell’Universo per la quale non possiamo farci niente. Il problema è che non sappiamo come fare a meno di questi ulteriori minimi, nel senso che quasi scientistsnessuno crede che questo scenario sia plausibile; l’idea è che la nostra teoria sia incompleta e che aggiungendo nuove informazioni si dovrebbero realizzare condizioni per cui non è possibile che questi ulteriori minimi esistano. Noi crediamo, infatti (ma questo è un pregiudizio, non è stato mai scientificamente dimostrato), che l’Universo è così come l’osserviamo perché non può essere altrimenti; in pratica non crediamo che l’Universo sia così per caso; se è così è perché, partendo da una condizione qualunque, evolve per forza di cose in un Universo come il nostro.

Ma anche se non fosse così e ci fossero questi pericolosi minimi, la probabilità che una transizione del genere accada (e comunque, se accadesse, non potremmo farci nulla) è tale per cui il tempo che in media ci si aspetta che trascorra prima di avvenire è molti ordini di grandezza maggiore rispetto alla vita media attesa per il nostro Sole!

Non so voi, ma io, almeno, dormo tranquillo.

Fisica Sperimentale: nuova versione disponibile

Grazie al prezioso lavoro di un non piccolo numero di attenti lettori, ho provveduto ad aggiornare i contenuti del mio e-book sulla Fisica Moderna, che è ora disponibile nella versione aggiornata sul mio sito istituzionale www.roma1.infn.it/people/organtini/publications, sempre con licenza Creative Commons.

Nella nuova versione sono stati corretti alcuni refusi e sono stati profondamente modificati i paragrafi relativi al corpo nero. Anche il capitolo nel quale s’illustra il fenomeno dell’aumento della massa nei sistemi di riferimento in moto è stato rivisto per precisare che in realtà tale fenomeno non esiste, se non come un comodo sistema per eseguire semplici stime (che tuttavia può portare a degli errori). In effetti ero stato tentato di sopprimere quelle considerazioni, ma poi mi ero deciso a includerle perché il fenomeno è comunque descritto in molte pubblicazioni e in molti libri di testo.

Ho presentato il testo a un convegno a Catania. I contenuti e sopra tutto l’approccio sono stati molto apprezzati. In quell’occasione è risultato abbastanza chiaro che quello di Fisica Sperimentale è l’approccio corretto: bisogna ricostruire un percorso scolastico che elimini una lunga serie di inutili concetti e che sia profondamente ripensato alla luce della fisica moderna. Il mio collega Marco Giliberti, di Milano, ha fatto giustamente notare che chi dice che la fisica classica ha a che fare con oggetti indipendenti dal formalismo della teoria e per questo reali, dice il falso: le forze ne sono un esempio evidente. Le forze non esistono se non nella visione Newtoniana della Meccanica. Hanno senso solo quando si scrive F=ma. Non hanno alcuna realtà al di fuori di quel paradigma. Se vogliamo che i nostri studenti capiscano la fisica moderna non dobbiamo insegnare loro la fisica classica per poi smontarla! Dobbiamo far scoprire loro la fisica che conosciamo oggi senza doverli stupire con “effetti speciali”, che sono tali solo perché li abbiamo nutriti per anni di concetti sbagliati.

Spero che i miei impegni mi permetteranno, in un futuro non lontano, di completare l’opera di Fisica Sperimentale in questo senso. L’obiettivo è quello di arrivare a un corpus di fenomeni e di leggi fisiche tra loro coerenti, costruito in maniera rigorosa e coerente.

Grazie a chi ha contribuito, con donazioni o con consigli e segnalazioni di errori o imprecisioni.

 

 

Un e-book sulla Fisica Moderna

Sono molti gli insegnanti delle scuole nelle quali faccio i miei seminari che mi chiedono con insistenza materiale didattico per sé e per i loro studenti. Sfortunatamente nel panorama editoriale (anche internazionale) non ci sono, a mio modo di vedere, prodotti adeguati. I testi, infatti, si dividono in due categorie: quelli destinati agli studenti universitari in discipline scientifiche, troppo specialistici, e quelli destinati al grande pubblico, eccessivamente banali.

Gli studenti bravi trovano questi ultimi interessanti, ma per certi versi deludenti, perché abituati a studiare la fisica in un certo modo, hanno l’impressione che gli si stia nascondendo qualcosa o che gli si stia raccontando una favoletta.

Allora ho pensato di colmare questo vuoto realizzando un prodotto che credo innovativo sotto molti aspetti: nelle modalità di distribuzione (gratuito e libero con licenza Creative Commons), nei contenuti e nel linguaggio (pensati per insegnanti e studenti volenterosi, ma adatti anche a studenti meno preparati, che possono saltare le parti piú formali), e nella tecnologia (quasi tutta Open Source, con filmati embedded nel testo, che è cosí adatto a essere sfogliato su un computer o su un tablet).

Ieri ne ho rilasciato la prima versione pubblica in due formati: il landscape è il formato preferito, che consente di leggere il volume sullo schermo di un dispositivo avendo accesso ai filmati e ai link di ipertesto; il portrait per coloro che amano la carta e desiderano averne una versione stampata (si perde la funzionalità dei filmati e dell’ipertesto, ma si può comunque accedere ai primi attraverso i link che sono sempre riportati in calce agli spazi predisposti per i filmati).

Potete scaricare entrambe le versioni all’indirizzo http://www.roma1.infn.it/people/organtini/publications. Si tratta, come detto, di una prima versione e come tale potrebbe contenere errori (tipografici, di fisica e di calcolo). Non ne garantisco la totale correttezza, per quanto abbia fatto il possibile. Se ne trovate, segnalatemeli. Sentitevi liberi di distribuire i link a chi vi pare.

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