Luis de Broglie
Ricordando che per la luce p=E/c
La lunghezza d'onda di una particella ha generalmente un valore molto piccolo ed è il motivo per cui non ci accorgiamo facilmente della sua natura ondulatoria. Infatti, per poter mettere in evidenza la natura ondulatoria servirebbe un'interazione con un ostacolo o fenditura dello stesso ordine di grandezza (fenomeno di interferenza e diffrazione) .
Ad esempio una palla di massa 1kg lanciata ad una velocità di 10m/s ha una lunghezza d'onda uguale a h/(1x10)=6,6x10⁻³³ dell'ordine di grandezza di 10⁻³⁴ m cioè miliardi di miliardi di volte più piccola dell'atomo.
Le proprietà corpuscolari e ondulatorie di una particella sono manifestazioni di differenti aspetti della sua natura.
Una dimostrazione sperimentale della natura ondulatoria delle particelle è l'esperimento della doppia fenditura ripetuta con un fascio di elettroni al posto del fascio di luce.
L'esperimento consiste nel far passare un fascio di elettroni attraverso delle fenditure di larghezza paragonabile con quella della lunghezza d'onda associata.
Prima di tutto si nota che facendo passare un fascio di elettroni attraverso una singola fenditura questi si distribuiscono prevalentemente dietro la fenditura con una distribuzione un po' allargata per via di possibili deviazioni causate dai bordi della fenditura secondo il tipico comportamento corpuscolare.
Se ora prendiamo due fenditure ci aspettiamo di osservare la formazione di due distribuzioni in corrispondenza delle due fenditure. Questo non avviene e si vede, invece, il formarsi punto per punto di una figura di interferenza. Le frange dei massimi si formano con l'addensarsi di punti in determinate zone dello schermo. (vedi animazione sotto)
Quindi il fascio di elettroni si comporta come onda creando interferenza.
Inizialmente viene da pensare che la causa sia da ricercare in una sorta d'interferenza tra gli stessi elettroni. Per verificare l'ipotesi si ripete l'esperimento con un elettrone alla volta.
La sorgente emette un elettrone e si aspetta che questo arrivi allo schermo per emettere quello successivo per evitare ogni tipo di interferenza tra gli stessi elettroni. Sorprendentemente non cambia nulla. Aspettando pazientemente l'accumularsi sullo schermo dei punti lasciati dagli elettroni si torna a vedere il formarsi di una figura d'interferenza. Ogni elettrone cadrà in un punto casuale dello schermo seguendo un distribuzione di probabilità molto precisa. Nelle zone dove l'intensità della figura d'interferenza è più alta abbiamo anche una maggiore probabilità di trovare il nostro elettrone mentre dove l'intensità è bassa questo è poco probabile.
La questione interessante è capire dove è localizzato ogni singolo elettrone. Se poi vogliamo indagare attraverso quale fenditura passa ogni elettrone accade una cosa molto strana: sparisce il comportamento ondulatorio. L'interpretazione di Copenaghen afferma che la particella non è minimamente localizzata ma è un po' ovunque. Si può dire che è sparpagliata come la sua funzione d'onda. La sua proprietà posizione non è definita fino a quando la particella raggiunge il secondo pannello.
La lunghezza d'onda associata agli elettroni è dell'ordine di grandezza di un atomo e per questo motivo si usano cristalli che creano fenditure di queste dimensioni.
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il video simula il comportamento del singolo elettrone che attraversa le due fenditure comportandosi come onda per tornare a comportarsi da particella quando è assorbito dallo schermo.
video lezione sull'esperimento dell'interferenza degli elettroni
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