L'eleganza del caso: la fisica dei quanti

Saverio Pascazio Dipartimento di Fisica

Istituto Nazionale di Fisica NucleareBari, Italy

Bari, 24 gennaio 2017

le particelle (la materia)

caratterizzate da posizione x e velocita’ v

v

x

le onde (la radiazione)

quanto piu’ la fenditura e’ stretta, tanto piu’ l’onda si allarga

“stretta” rispetto alla lunghezza d’onda

la propagazione per onde

le onde elettromagnetiche (la luce)

le onde trasverse e longitudinali

le onde trasverse e longitudinali

le onde sull’acqua

la luce

i polarizzatori

occhiali da sole e polaroid

l’esperimento della doppia fenditura

con le palline e/o i proiettili

(visto dall’alto)fisic

a classica

l’esperimento della doppia fenditura

con le onde

onde

classiche

esperimentoanalisi e “spiegazione”

interpretazione

Onde sull’acqua

l’esperimento della doppia fenditura con i quanti (elettroni)

Merli, Missiroli, Pozzi, Bologna 1974

fisica

quantistic

aTonomura (Tokyo)

il mondo quantistico

qualsiasi disegno e’ sbagliato

per ottenere le risposte giuste bisogna sommare le “ampiezze”

commento:giuste = “corrette” esperimento

amplitude =�

probability

(“interpretazione”)

amplitude =�

probability

?

la celebre funzione d’onda

le particelle (la materia)

caratterizzate da posizione x e velocita’ v

v

x

(REMINDER)

Analizziamo l’esperimento della doppia fenditura tramite la psi

amplitude = �1 + �2

probability = |�1 + �2|2

= |�1|2 + |�2|2 + 2�1�2

= p1 + p2 + 2�1�2

�= p1 + p2

esperimento

dove e’ il problema?

il problema e’ qui:per poter ottenere la figura di interferenza dobbiamo accumulare molti “eventi”, cioe’ molti “quanti”.

gli esperimenti

fotoni neutroni elettroni

il processo di “accumulazione”

Si può visualizzare il moto di un oggetto: si pensi ad un aereo che vola, o ad una palla lanciata, o ad un proiettile,o ad un acrobata sul trapezio,o ad un tuffatore.

Ma si può visualizzare un oggetto “elementare”?

Visualizzare vuol dire rappresentarne in qualche modo lo stato

Lo “stato”

Un modo di rappresentare lo “stato” quantistico (Wigner)

Rappresentazione di un altro “stato” quantistico

foro rettangolare

“sparpagliamento”

Ancora un’altra rappresentazione (non Wigner)

due fori rettangolari

Un’altra ancora

fori rettangolari

“Tertium non datur”

onda oppure corpuscolo?

Arndt, Nairz, Voss-Andreae, Keller, van der Zouw, Zeilinger, Nature 401, 680 (1999)

Intensity at the screen

No free parameters

i quanti

un quanto non e’ una semplice onda

un quanto non e’ una semplice particella

non si possono misurare contemporaneamente posizione e velocita’ di un quanto

Effetto “tunnel” in MQ