martedì 18 aprile 2017

DUALISMO ONDA - CORPUSCOLO DELLA LUCE

Il dibattito sulla natura della luce nasce intorno all'inizio del 1700 con Huygens che propone la natura ondulatoria e Newton che propone quella corpuscolare. L'esperimento delle due fenditure di Young del 1801 è una prova indiscutibile della natura ondulatoria della luce:la luce come tutte le onde interferiscono. Ma solo con con la teoria di Maxwell del 1860 e la dimostrazione che la luce è un'onda elettromagnetica sembra dare una conferma definitiva della natura ondulatoria della luce. 
Con la nascita della fisica quantistica e la teoria dei quanti di luce si riapre il dibattito: la luce si comporta in alcuni fenomeni come onda e in altri fenomeni come particella.

INTERPRETAZIONE CORPUSCOLARE DELL'ESPERIMENTO DI YOUNG
Nell'esperimento delle due fenditure due sorgenti coerenti di luce monocromatica generano figure di INTERFERENZA su uno schermo posto davanti. 
L'intensità della luce diffratta sullo schermo ha un andamento di questo tipo:
La massima intensità è nella frangia centrale.
Esaminiamo ora lo stesso esperimento usando il modello corpuscolare della luce (formata da fotoni). 
Utilizziamo un dispositivo in grado di registrare l'arrivo del singolo fotone.  (ad esempio una lastra fotografica)
Inviamo i fotoni attraverso le due fenditure.
COSA MI ASPETTO: che ogni singolo fotone passi attraverso una sola fenditura e, dopo che un numero elevato di fotoni è stato inviato sullo schermo, si dovrebbero osservare due zone molto luminose in corrispondenza della posizione delle due fenditure e null'altro.
COSA SI OSSERVA: i fotoni si distribuiscono in modo da formare di nuovo una figura d'interferenza. 
Analizziamo il comportamento dei singoli fotoni. Cosideriamo una sorgente sufficientemente debole da poter supporre che sia generato un fotone per volta.


OSSERVAZIONI SPERIMENTALI E CONCLUSIONI: 
I singoli fotoni colpiscono lo schermo uno per volta. Aspettando un tempo sufficiente lungo si osserva una distribuzione dei fotoni sempre secondo le frange d'interferenza (vedi animazione)

1) Il numero di fotoni che arrivano in un certo punto P dello schermo  è proporzionale all'intensità prevista nella teoria ondulatoria.
2)Il fotone deve quindi interferisce con se stesso. Infatti le frange d'interferenza si formano anche quando viene fatto passare un solo fotone alla volta.
3) ogni tentativo di stabilire l'effettivo percorso fatto dal fotone porta alla distruzione della figura d'interferenza.

animazione che mostra le tre osservazioni sperimentali



il video mostra lo strano comportamento delle particelle nell'esperimento di Young 

video lezione

https://phet.colorado.edu/it/simulation/legacy/quantum-wave-interference
 applet esperimento doppia fenditura con fotoni o particelle


Video esperimento (inglese) di interferenza di singoli fotoni con doppia fenditura
 

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