quantum interactive

Gli oggetti quantistici mostrano un comportamento in conflitto con la nostra esperienza quotidiana di cose macroscopiche. Distinguiamo tre modelli comuni che vengono spesso invocati per descrivere alcuni aspetti della realtà.

Il modello di particelle

Le particelle sono spesso rappresentate come sfere per visualizzare oggetti piccoli o addirittura puntiformi con confini ben definiti.

La loro distinguibilità è rappresentata da diversi colori. Le particelle possono essere contate.

Le particelle classiche possono essere localizzate. In un dato momento sono in un dato luogo che può essere conosciuto in linea di principio. Hanno anche uno slancio ben definito. All’interno del modello della meccanica newtoniana possiamo fare previsioni precise, dove trovare una particella in futuro, se ci vengono date condizioni iniziali esatte.

Onde

Le onde sono fenomeni spazialmente estesi e periodici.

Nel modello delle onde classiche, la loro intensità può essere continuamente modificata.

In pratica anche le onde classiche sono composte da moltissime particelle individuali: le onde d’acqua sono il risultato del moto collettivo di moltissime molecole. All’interno di una stessa onda diverse particelle si trovano in luoghi diversi e viaggiano con momenti diversi.

Quando due onde parziali si sovrappongono. L’incontro di due creste ondulate porta ad una cresta ancora più grande (interferenza costruttiva). Quando una cresta si sovrappone ad un trogolo le due forme d’onda possono annullarsi a vicenda (interferenza distruttiva).

Fisica quantistica

Nella fisica quantistica non possiamo né assegnare una posizione precisa né una direzione esatta a una particella.

Tuttavia, la probabilità di trovare un oggetto quantistico in posizione \(x\) con quantità di moto \(p\) può essere prevista dal quadrato assoluto della funzione d’onda meccanica quantistica \(|\psi(x,p)|^2\).

In un dato momento questa probabilità può assumere valori diversi da zero in diverse posizioni anche ampiamente separate. In tal caso diciamo che l’oggetto è delocalizzato e non possiamo assegnare una singola posizione ben definita nello spazio.

È interessante notare che, tuttavia, in qualsiasi misura di posizione su quell’oggetto quantistico troviamo un oggetto singolo e intero. Le sue proprietà, come massa, energia, carica o polarizzabilità sono sempre unite in questo unico oggetto – non diluito o spalmato su aree più ampie di spazio.

Nell’evoluzione libera gli oggetti quantistici si propagano secondo l’equazione d’onda di Schrödinger. Tuttavia, interagiscono con il loro ambiente come particelle intere intatte.

Nel nostro laboratorio è possibile creare un fascio molecolare e osservare le molecole che arrivano sul rivelatore, una per una. Quale dei tre modelli descrive meglio le osservazioni?