Gaianews

Fisica quantistica: misurato con precisione l’effetto tunnel

Scritto da Hoda Arabshahi il 20.05.2012

Traiettorie di particelle subatomiche

E’ stato misurato per la prima volta il comportamento preciso di un elettrone quando attraversa la barriera di potenziale di un atomo a causa dell’effetto tunnel quantistico.

A volte, le particelle attraversano i muri; anche se sembra un film di fantascienza, in realtà si tratta di un fenomeno ben documentato ed anche ben conosciuto, governato da alcune regole bizarre presenti nel mondo microscopico, che prendono il nome di “meccanica quantistica”.

Ora, gli scienziati sono riusciti a misurare precisamente il ritmo di questa passeggiata attraverso i muri come mai prima, ed hanno annunciato i loro risultati sulla prestigiosa rivista scientifica Nature.

Questo processo si chiama “effetto tunnel” e accade quando una particella attraversa una barriera di potenziale, anche se apparentemente non dovrebbe essere in grado di farlo. In questa ricerca, i fisici hanno misurato gli elettroni sfuggiti dagli atomi (normalente gli elettroni non hanno l’energia necessaria per farlo).

L’effetto tunnel quantistico è  dovuto alla natura ondulatoria della materia. Nel mondo quantistico, le paricelle spesso si comportano come le onde sull’acqua piuttosto che come palle da biliardo. Ciò significa che un elettrone non esiste  in un singolo posto, in un singolo tempo e con una singola energia.

“Gli elettroni si descrivono con una funzione d’onda, che si estende facilmente da dentro a fuori degli atomi,” spiega Manfred Lein, fisico del Leibniz Universität Hannover, in Germania.

In questa nuova ricerca, i fisici del team di Dror Shafir dell’Istituto Scientifico Weizman in Israele hanno spinto gli elettroni fuori dagli atomi e  li hanno misurati quando attraversavano entro 200 attosecondi (un attosecondo è il tempo stimato del decadimento di un nucleo atomico, equivalente con 10-18 secondi).

I ricercatori hanno utilizzato un laser per trattenere la barriera energetica che normalmente dovrebbe intrappolare un elettrone dentro un atomo di elio. Questo laser ha ridotto l’intensità della barriera in modo da impedire  ad un elettrone di sfuggire naturalmente dall’atomo. In tal modo, tutti gli elettroni che sono stati misurati fuori sono usciti grazie al “trucco” dell’effetto tunnel.

“Sappiamo che l’elettrone passa attraverso una finestra molto piccola,” ha dichiarato a LiveScience Nirit Dudovich, un membro della ricerca. “Stiamo cercando di risalire al punto in cui l’elettrone lascia la barriera, per capire precisamente quando l’elettrone la lascia durante il ciclo.”

Per  misurare questo fenomeno, i fisici hanno osservato i fotoni che si producono quando un elettrone si ricongiunge all’atomo dopo l’effetto tunnel.

È la prima volta che gli scienziati sono riusciti a determinare il comportamento preciso di un elettrone quando attraversa la barriera di potenziale di un atomo. Precedentemente, i calcoli teorici avevano predetto il ritmo dell’effetto tunnel quantistico, ma non l’avevano misurato mai prima con questa accuratezza.

Questa scoperta potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere gli altri rapidissimi processi che dipendono dall’effetto tunnel quantistico. Le possibili ricadute, oltre che nella fisica teorica, potrebbero esserci in elettronica e nella realizzazione dei futuri computer quantistici.

© RIPRODUZIONE RISERVATA