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LA NUOVA FISICA La fisica, così come la conosciamo, sarà completata in pochi mesi.

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1 LA NUOVA FISICA La fisica, così come la conosciamo, sarà completata in pochi mesi

2 LA NUOVA FISICA Lo avrebbe detto Lord Kelvin poco prima della scoperta dellelettrone… In un certo senso Kelvin aveva ragione LA FISICA CLASSICA ERA COMPIUTA UNA NUOVA FISICA STAVA PER NASCERE

3 IL MODELLO CLASSICO La fisica classica descrive il mondo come un insieme di particelle in uno spazio-tempo fissi, interagenti tra di loro per mezzo del campo gravitazionale e di quello elettromagnetico, definiti dalle leggi di Newton e dalle equazioni di Maxwell

4 LA NUOVA FISICA Nuovi esperimenti e nuove ipotesi rivelano, ai primi del 900, che la fisica classica è PIENA DI CONTRADDIZIONI

5 LA NUOVA FISICA La soluzione di queste contraddizioni porterà ad una PROFONDA RIVOLUZIONE nel campo della scienza Molti vecchi pregiudizi dovranno essere abbandonati Molti vecchi pregiudizi dovranno essere abbandonati Molte nuove scoperte verranno fatte Molte nuove scoperte verranno fatte Molti nuovi problemi, tuttora irrisolti, verranno posti Molti nuovi problemi, tuttora irrisolti, verranno posti

6 LIMITI DI VELOCITA Nella fisica classica non esiste una velocità limite La RELATIVITA RISTRETTA RELATIVITA RISTRETTARELATIVITA RISTRETTA fissa la velocità della luce nel vuoto come VELOCITA LIMITE C = Km/s

7 TEMPO ASSOLUTO Nella fisica classica il tempo è un dato immutabile indipendente da ogni fenomeno fisico (Newton) Newton NELLA FISICA MODERNA NO

8 TEMPO E GRAVITAZIONE Lo scorrere del tempo dipende dalla gravitazione IL TEMPO RALLENTA IN PRESENZA DI UN FORTE CAMPO GRAVITAZIONALE

9 SPAZIO ASSOLUTO Nella fisica classica lo spazio è un dato immutabile indipendente da ogni fenomeno fisico (Newton) e la geometria data a priori è quella euclidea (Kant) Newton NELLA FISICA MODERNA NO

10 SPAZIO E GRAVITAZIONE La gravitazione DEFORMA LO SPAZIO conferendogli una CURVATURA La geometria è determinata dal campo gravitazionale La geometria è determinata dal campo gravitazionale

11 ENERGIA E MASSA Nella fisica moderna la MASSA è una FORMA DI ENERGIA Lequivalenza è data dalla formula di Einstein E = mc 2

12 ENERGIA E MASSA Le particelle si possono CREARE, DISTRUGGERE, TRASFORMARE LE UNE NELLE ALTRE, basta che sia rispettato il principio di conservazione dellenergia

13 CAMPI O PARTICELLE La fisica classica distingue nettamente tra PARTICELLE (la materia) e CAMPI DI FORZA Il ruolo dei campi è quello di MEDIARE le interazioni tra particelle

14 LA MATERIA La dinamica dei corpi materiali è determinata dalla seconda legge di Newton F = ma

15 I CAMPI La dinamica dei campi è determinata: Per il campo gravitazionale dalla legge di Newton g = G° M MMr2r2MMr2r2

16 I CAMPI Per il campo elettromagnetico dalle equazioni di Maxwell E = k B = h Q iL r 2 r

17 LE ONDE Nei campi le perturbazioni si propagano SOTTO FORMA DI ONDE Luce = onda elettromagnetica

18 CAMPI E PARTICELLE Nella fisica moderna la distinzione tra campi e particelle sparisce I CAMPI POSSONO COMPORTARSI COME PARTICELLE I CAMPI POSSONO COMPORTARSI COME PARTICELLE LE PARTICELLE POSSONO COMPORTARSI COME CAMPI LE PARTICELLE POSSONO COMPORTARSI COME CAMPI

19 IL FOTONE In molti fenomeni (spettro atomico, effetto fotoelettrico, effetto Compton) la luce sembra fatta di particelle, dette fotoelettricoeffetto Comptonfotoelettricoeffetto ComptonFOTONI

20 IL FOTONE LENERGIA DEL FOTONE dipende dalla FREQUENZA DELLONDA secondo la relazione di Planck E = hf h = 6, Js

21 LELETTRONE A loro volta gli elettroni possono comportarsi come onde (Esperienza di Davisson e Germer, effetto tunnel) Esperienza di Davisson e GermerEsperienza di Davisson e Germer

22 LELETTRONE La lunghezza donda dellonda materiale associata allelettrone dipende dalla massa e dalla velocità secondo la relazione di De Broglie λ = h/mv

23 ONDE O PARTICELLE? I corpi microscopici non sono né onde né particelle in senso classico Dipende dallESPERIMENTO che si compie quale delle due nature si manifesta (Principio di Complementarietà, Bohr)

24 LOGGETTIVITA CLASSICA In fisica classica si assume come preconcetto che ogni grandezza sia misurabile con infinita precisione NELLA FISICA MODERNA NO

25 IL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE La doppia natura di onda e particella pone drastiche limitazioni alla nostra conoscenza (Heisenberg) misure di posizione e velocità misure di posizione e velocità misure di tempo ed energia misure di tempo ed energia misure di campo elettrico e magnetico misure di campo elettrico e magnetico Non sono possibili simultaneamente

26 O, PIU PRECISAMENTE… …Se Δx è limprecisione nella misura della posizione e Δp quella nella misura della quantità di moto, il loro prodotto non può essere inferiore alla costante di Planck Δx Δp > h

27 INDETERMINAZIONE Quindi: Se si misura con grande esattezza la posizione la velocità sarà soggetta a grande incertezza Se si misura con grande esattezza la posizione la velocità sarà soggetta a grande incertezza Se si misura con grande esattezza la velocità la posizione sarà soggetta a grande incertezza Se si misura con grande esattezza la velocità la posizione sarà soggetta a grande incertezza

28 ANALOGAMENTE… …Se ΔE è limprecisione nella misura dellenergia e Δt quella misura del tempo, il loro prodotto non può essere inferiore alla costante di Planck ΔE Δt > h

29 QUINDI… …per misurare bene lenergia ci vuole molto tempo: una misura istantanea di energia non può che dare risultati molto incerti

30 IL VUOTO NON E VUOTO Per effetto di questo principio nel vuoto possono apparire dal nulla PARTICELLE VIRTUALI Basta che spariscano prima che lindeterminazione sui valori di energia le renda osservabili

31 IL VUOTO NON E VUOTO La durata T di una particella di energia E=mc 2 è fissata dalla relazione di indeterminazione T = h/mc 2

32 IL VUOTO NON E VUOTO Queste particelle virtuali riempiono il VUOTO QUANTISTICO, che quindi è molto diverso dal vuoto classico Effetti misurabili (Kasimir)

33 LA CAUSALITA Causalità classica: Per ogni EFFETTO cè ununica CAUSA Per ogni EFFETTO cè ununica CAUSA Per ogni CAUSA un unico EFFETTO esattamente prevedibile Per ogni CAUSA un unico EFFETTO esattamente prevedibile NELLA FISICA MODERNA NO

34 UNA TEORIA PROBABILISTICA La meccanica quantistica è una teoria PROBABILISTICA

35 UNA TEORIA PROBABILISTICA Un sistema fisico dato in uno stato iniziale S o può evolvere negli stati S 1, S 2, S 3 … Tutto ciò che possiamo calcolare è la PROBABILITA che ciascuno di questi stati si realizzi

36 UNA TEORIA PROBABILISTICA Solo quando si fa un ESPERIMENTO per determinare lo stato una di queste probabilità si realizza, mentre le altre si annullano

37 UNA TEORIA PROBABILISTICA Le probabilità Ψ dei vari stati si calcolano a partire da S o con una formula detta equazione di Schrödinger H Ψ = i(h/2π) dΨ /dt L equazione di Schrödinger prende il posto della seconda legge di Newton

38 COSA SONO GLI ORBITALI Gli orbitali atomici sono la rappresentazione grafica della probabilità di trovare lelettrone in un dato punto Orbitale 3d

39 LA QUANTIZZAZIONE Nel modello classico lenergia, la velocità, il momento angolare, insomma le grandezze caratterizzanti di una particella possono assumere qualsiasi valore NELLA FISICA MODERNA NO

40 LA QUANTIZZAZIONE Per lelettrone di un atomo non solo lenergia è numerata, ma anche: Lorientamento del piano orbitale Lorientamento del piano orbitale Il momento angolare orbitale Il momento angolare orbitale Lo spin Lo spin Help! Cosa sono questi?

41 LA QUANTIZZAZIONE I numeri che definiscono queste cose sono i noti quattro NUMERI QUANTICI n energia n energia l momento angolare orbitale l momento angolare orbitale m orientamento orbita m orientamento orbita s spin s spin

42 LO SPIN Lo spin di una particella può assumere solo valori che sono multipli interi o seminteri di una unità fondamentale ħ Interi: 1, 2, 3, 4… Interi: 1, 2, 3, 4… Seminteri: 1/2, 3/2, 5/2, 7/2 … Seminteri: 1/2, 3/2, 5/2, 7/2 …

43 LO SPIN La unità base non è altro che la costante di Planck divisa per 2π ħ = h/2π

44 FERMIONI E BOSONI Le particelle con spin intero si dicono BOSONI Le particelle con spin intero si dicono BOSONI Le particelle con spin semintero si dicono FERMIONI Le particelle con spin semintero si dicono FERMIONI

45 FERMIONI E BOSONI I fermioni seguono il PRINCIPIO DI ESCLUSIONE (Pauli): in un sistema di particelle non possono esistere due fermioni con gli stessi numeri quantici I bosoni invece NON SEGUONO il principio di esclusione

46 LIMPORTANZA DI ESSERE FERMIONI Se gli elettroni fossero bosoni starebbero tutti nel livello 1s, non ci sarebbero orbitali da completare, non ci sarebbe legame chimico, non ci saremmo noi…

47 LE SIMMETRIE Simmetria significa invarianza rispetto ad una trasformazione Ad esempio un triangolo isoscele resta invariato se lo si ribalta intorno allaltezza

48 LE SIMMETRIE I primi a capire limportanza della simmetria sono stati…gli architetti… La facciata di un tempio greco è simmetrica rispetto alla linea mediana

49 ALTRE SIMMETRIE Un esagono è simmetrico per una rotazione di 60° intorno al centro… Una striscia è simmetrica rispetto a una traslazione parallela ai suoi lati…

50 FISICA E SIMMETRIE In fisica la simmetria non ha un ruolo estetico Le SIMMETRIE sono strettamente legate ai PRINCIPI DI CONSERVAZIONE PRINCIPI DI CONSERVAZIONE

51 COSA E SIMMETRICO? Le simmetrie sono facili da capire nelle figure geometriche, ma le leggi fisiche non si esprimono tramite FUNZIONI MATEMATICHE Sono queste a dover possedere speciali simmetrie

52 LA PARITA Un esempio di simmetria è la PARITA La parità consiste nel cambiare x con –x Una funzione simmetrica per parità si dice PARI F(-x) = F(x)

53 LA PARITA Esempi di funzioni pari Cos(-x) = Cos(x) (-x) 2 = x -x = x -x = x

54 LA LAGRANGIANA E una funzione matematica già introdotta da Lagrange due secoli fa, ed è la differenza tra energia cinetica e potenziale L = E c - E p

55 TEOREMA DI NOETHER La relazione tra simmetria e conservazione era già nota alla fisica classica PER OGNI SIMMETRIA DELLA LAGRANGIANA ESISTE UNA QUANTITA CONSERVATA

56 SIMMETRIE CLASSICHE Simmetria per una traslazione spaziale, ovvero per uno spostamento dellorigine degli assi L (x + q) = L (x) Conservata: la quantità di moto

57 SIMMETRIE CLASSICHE Simmetria per una traslazione temporale, ovvero per uno spostamento dellorigine dei tempi L (t + t°) = L (t) Conservata: energia

58 SIMMETRIE CLASSICHE Simmetria per una rotazione, che si ottiene ruotando gli assi cartesiani L (Rx) = L (x) Conservato: momento angolare

59 SIMMETRIE QUANTISTICHE La meccanica quantistica estende il concetto di simmetria e ne fa uno dei cardini della fisica delle particelle elementari

60 SIMMETRIE QUANTISTICHE Inversione temporale, cioè si cambia segno al verso del tempo L (-t) = L (t) Implica lesistenza delle ANTIPARTICELLE ANTIPARTICELLE

61 SIMMETRIE QUANTISTICHE Parità L (-x) = L (x) E legata alla precedente poiché in relatività spazio e tempo sono sullo stesso piano

62 SIMMETRIE QUANTISTICHE Invarianza di gauge: significa che L resta invariata se si aggiungono nuovi campi, detti CAMPI DI GAUGE L (Ψ + A) = L (Ψ) Implica lesistenza dei campi di forza che fanno interagire tra loro i fermioni

63 LA SUPERSIMMETRIA Per ora è solo unipotesi: consiste nello scambio dei fermioni coi bosoni. Se corretta, la supersimmetria implica per ogni fermione lesistenza di una particella analoga ma di spin intero, per ogni bosone lesistenza di una particella analoga ma di spin semintero

64 LE SUPERPARTICELLE I superpartner dei fermioni aggiungono prima del nome una s Elettrone Selettrone Muone Smuone Quark Squark ……………….

65 LE SUPERPARTICELLE I superpartner dei bosoni terminano in ino anziché one Fotone Fotino Gravitone Gravitino Gluone Gluino ……………….

66 SIMMETRIE VIOLATE Le simmetrie possono essere VIOLATE Ad esempio per rompere la simmetria di un triangolo isoscele basta colorare diversamente le due metà

67 SIMMETRIE VIOLATE Anche nelle fisica delle particelle ALCUNE SIMMETRIE SONO VIOLATE La violazione delle simmetrie ha effetti determinante sulluniverso in cui viviamo

68 SIMMETRIE VIOLATE La PARITA e lINVERSIONE TEMPORALE Sono attualmente simmetrie violate Questo fa sì che il nostro mondo sia fatto tutto di materia e non da materia e antimateria mescolate

69 SIMMETRIE VIOLATE La SUPERSIMMETRIA è violata. Questo fa sì che le particelle supersimmetriche abbiano una massa molto più grande delle loro superpartner normali e quindi non siano mai state osservate

70 LA MASSA Nella fisica classica la massa dei corpi, specie degli atomi, è un dato di fatto inspiegabile NELLA FISICA MODERNA NO

71 IL MECCANISMO DI HIGGS Nella fisica moderna le particelle elementari di per sé NON HANNO MASSA, ma la acquistano interagendo con un campo di forze quantistico detto CAMPO DI HIGGS

72 IL MECCANISMO DI HIGGS La massa delle particelle, quindi, non è altro che lENERGIA DI INTERAZIONE col campo di Higgs

73 IL BOSONE DI HIGGS La particella associata al campo di Higgs prende il nome di BOSONE DI HIGGS Questo bosone non è ancora stato osservato, perché ha una massa troppo grande per essere prodotto dagli attuali acceleratori

74 IL BOSONE DI HIGGS Ci si potrebbe chiedere cosa dà la massa al bosone di Higgs E linterazione con lo stesso campo di Higgs a farlo. In meccanica quantistica i campi possono anche interagire con se stessi

75 LE PARTICELLE Negli anni 50 e 60 si scoprono numerosissime nuove particelle Il MODELLO STANDARD riduce questa varietà a tre famiglie di quattro particelle ciascuna, delle quali solo la prima esistente in natura

76 PRIMA FAMIGLIA E formata da: ParticellaMassaCaricaSpinELETTRONE0,511/2 NEUTRINO ELET. >001/2 QUARK DOWN 310-1/31/2 QUARK UP 310+2/31/2

77 QUALCHE PRECISAZIONE La massa è espressa in Mev, unità di energia pari a 1, Joule La massa è espressa in Mev, unità di energia pari a 1, Joule La carica è espressa in termini di carica dellelettrone ovvero 1, Coulomb La carica è espressa in termini di carica dellelettrone ovvero 1, Coulomb Del neutrino non è stata ancora misurata la massa con esattezza ma si sa che non è nulla Del neutrino non è stata ancora misurata la massa con esattezza ma si sa che non è nulla

78 SECONDA FAMIGLIA E formata da: ParticellaMassaCaricaSpinMUONE106,61/2 NEUTRINO MUO. >001/2 QUARK STRANGE 505-1/31/2 QUARK CHARM /31/2

79 TERZA FAMIGLIA E formata da: ParticellaMassaCaricaSpinTAUONE17841/2 NEUTRINO TAU. >001/2 QUARK BOTTOM /31/2 QUARK TOP /31/2

80 LA MATERIA Queste particelle sono TUTTI FERMIONI. Lelettrone e i quark up e down formano la materia ordinaria, mentre le altre particelle sono state create in laboratorio e non esistono in natura nelle attuali condizioni delluniverso

81 I QUARK In particolare i quark up e down formano PROTONI E NEUTRONI, le particelle componenti del nucleo 2 up + 1 down = PROTONE 2 up + 1 down = PROTONE 2 down + 1 up = NEUTRONE 2 down + 1 up = NEUTRONE

82 ALTRE FAMIGLIE? Esperimenti condotti al CERN di Ginevra mostrano che non ci sono altre famiglie di fermioni

83 LE FORZE Nel modello standard le forze sono mediate da CAMPI DI FORZA, a ognuno dei quali è associata una o più particelle, dette BOSONI INTERMEDI Linterazione tra particelle avviene mediante lo scambio di questi bosoni

84 LE FORZE La prima teoria che prevede ciò è lelettrodinamica quantistica (Dirac, 1930) in cui elettroni e antielettroni agiscono tra di loro tramite fotoni. La forza mediata dai fotoni si chiama FORZA ELETTROMAGNETICA

85 DIAGRAMMI DI FEYNMANN I diagrammi di Feynmann sono un modo per rappresentare graficamente linterazione tra particelle Questo ad esempio rappresenta lurto tra due elettroni

86 REGOLE Le linee aperte rappresentano particelle reali Le linee aperte rappresentano particelle reali Le linee chiuse rappresentano particelle virtuali Le linee chiuse rappresentano particelle virtuali La parte sinistra del diagramma rappresenta lo stato iniziale La parte sinistra del diagramma rappresenta lo stato iniziale La parte destra il risultato dellinterazione La parte destra il risultato dellinterazione

87 REGOLE (per la QED) Ogni diagramma è formato da un numero pari (minimo due) di elementi base di questo tipo Ogni diagramma è formato da un numero pari (minimo due) di elementi base di questo tipo ….in cui…. ….in cui….

88 REGOLE (per la QED) …una linea tratteggiata rappresenta un fotone …una linea tratteggiata rappresenta un fotone Una linea continua un elettrone o un positrone. In particolare: Una linea continua un elettrone o un positrone. In particolare: Elettrone che va da sin. a des. o Positrone che va da des. a sin. Positrone che va da sin. a des. o Elettrone che va da des. a sin.

89 REGOLE Gli elementi base possono essere uniti solo accoppiando linee dello stesso tipo e con verso concorde Gli elementi base possono essere uniti solo accoppiando linee dello stesso tipo e con verso concorde SI NO

90 DIAGRAMMI DEL 2° ORDINE Urto elettrone-positrone Urto elettrone-elettrone Urto elettrone-fotone (effetto Compton) Annichilazione elettrone- positrone

91 DIAGRAMMI DEL 2° ORDINE Autointerazione dellelettrone Autointerazione del fotone

92 Elettromagnetica Forte Debole Agisce tra atomi e molecole, fino a livello macroscopico Formazione dei nuclei, reazioni nucleari Decadimento del neutrone, reazioni nucleari LE FORZE FONDAMENTALI

93 Mediatori della forza elettromagnetica FOTONI Privi di massa e carica elettrica Sono stabili, quindi il raggio dazione della forza è infinito BOSONI INTERMEDI

94 Mediatori della forza debole BOSONI W +, W -, Z° Hanno massa, e le W hanno anche carica elettrica. Sono instabili, quindi il raggio dazione della forza è molto piccolo BOSONI INTERMEDI

95 ESEMPI d u W+W+ νeνe e-e- Un neutrino elettronico scambia una particella W+ con un quark down e lo trasforma in up, trasformandosi a sua volta in elettrone μ-μ- νμνμ νeνe e-e- Z° Un muone decade in elettrone emettendo una particella Z°, la quale decade in neutrino muonico e antineutrino elettronico

96 Mediatori della forza forte GLUONI Sono privi di massa e di carica elettrica. Sono instabili, quindi il raggio dazione della forza è molto piccolo BOSONI INTERMEDI

97 ESEMPI d d G u u Interazione tra un quark up e un quark down

98 ParticellaMassa Carica Raggio Intensità della. (GeV) dazione forza Gluone m1 Fotone 00infinito10 -2 W m W m Z° m TAVOLA RIASSUNTIVA

99 I neutrini risentono solo della forza debole Elettroni, muoni e tauoni risentono sia della debole che di quella elettromagnetica I quark risentono di tutte e tre le forze PARTICELLE E FORZE

100 La sorgente della forza elettromagnetica è la carica elettrica: solo le particelle dotate di carica possono interagire secondo le note regole: cariche opposte si attraggono cariche uguali si respingono LE CARICHE

101 La sorgente della forza forte è la carica di colore che può assumere tre valori rosso, verde e blu per i quark antirosso, antiverde e antiblu per gli antiquark. LE CARICHE

102 I quark non possono mai esistere isolatamente, ma solo in agglomerati di colore bianco. Ad esempio: Rosso + verde + blu = bianco (dà un protone) Rosso + antirosso = bianco (dà un mesone) LE CARICHE

103 Per effetto dellinterazione forte, tre quark di colore diverso si uniscono a formare un protone o un neutrone In effetti, neutroni e protoni sono un agglomerato di quark e gluoni u d u u d d Protone Neutrone FORZA FORTE

104 Linterazione forte tra i quark di diversi nucleoni li fa unire tra di loro, formando i nuclei degli elementi Questa forza può far fondere tra di loro due nuclei (fusione nucleare) Deuterio Elio FORZA FORTE

105 Linterazione elettromagnetica fa unire gli elettroni ai nuclei per formare gli atomi FORZA E.M.

106 La forza elettromagnetica tra elettroni di atomi diversi fa unire gli atomi a formare molecole, cristalli e in generale corpi macroscopici FORZA E.M.

107 La forza debole è responsabile di alcuni fenomeni come il decadimento del neutrone, che si trasforma in un protone, un elettrone e un antineutrino elettronico Neutrone Antineutrino Protone Elettrone FORZA DEBOLE

108 d u W+W+ νeνe e-e- In effetti il decadimento del neutrone avviene quando uno dei suoi quark down emette una particella W+ la quale decade in un elettrone e in un antineutrino elettronico

109 La quarta forza della natura è la gravitazione. La meccanica quantistica descrive la gravitazione per mezzo dello scambio di particolari bosoni detti gravitoni LA GRAVITA

110 Caratteristiche dei gravitoni: massa nulla spin 2 sono stabili, quindi la gravità ha raggio dazione infinito interagiscono con tutte le particelle, compresi se stessi. LA GRAVITA

111 La gravitazione può essere inserita nel modello standard solo sotto due condizioni: che valga la supersimmetria che le particelle elementari siano viste come stringhe LA GRAVITA

112 Nel modello standard classico le particelle sono viste come punti geometrici, ma questo pone gravi problemi di coerenza, specie in presenza di gravitazione LE STRINGHE

113 Nella teoria delle stringhe le particelle sono linee di lunghezza estremamente piccola, ma non nulla: hanno quindi una dimensione anziché nessuna come il punto LE STRINGHE Particella puntiforme Stringa

114 Nella teoria delle stringhe due particelle non possono mai arrivare a distanza nulla, cosa che fa perdere senso alla teoria della gravitazione LE STRINGHE Interazione…tra particelle puntiformi………tra stringhe

115 La teoria delle stringhe differisce da quella delle particelle puntiformi solo a scale molto piccole perché la dimensione delle stringhe è pari alla lunghezza di Planck m LE STRINGHE

116 Una simile scala è irraggiungibile per gli attuali esperimenti e quindi quella delle stringhe per ora è una teoria non dimostrata LE STRINGHE

117 Il modello standard supersimmetrico prevede che a energie molto elevate le quattro forze diventino una sola Questo fatto è detto GRANDE UNIFICAZIONE LA GRANDE UNIFICAZIONE

118

119 LEFFETTO FOTOELETTRICO Estrazione di elettroni da un metallo per mezzo di un fascio di luce luce lamina metallica elettroni estratti

120 LEFFETTO FOTOELETTRICO Eletroni in un metallo = pallina in una buca Per farla uscire bisogna darle unenergia almeno pari al dislivello di energia potenziale h

121 LEFFETTO FOTOELETTRICO Lenergia minima li chiama LAVORO DI ESTRAZIONE L° Dagli esperimenti si trova che lestrazione avviene solo se la frequenza della luce è maggiore di una soglia critica f° f > f°

122 LA TEORIA DI EINSTEIN La luce è costituita da particelle o quanti, dette fotoni, di energia pari ad hf Un elettrone può assorbire solo un fotone alla volta, e quando lo fa ne acquisisce lenergia e il fotone sparisce

123 DA DOVE NASCE f° ? Un elettrone può uscire dal metallo solo se il quanto che assorbe ha energia superiore al lavoro di estrazione hf > L° f > L°/h La frequenza critica è quindi: f° = L°/h

124 LEFFETTO COMPTON Quando un fascio di raggi X (onde simili alla luce, ma di frequenza superiore) colpisce un elettrone, londa diffusa ha una frequenza inferiore allonda incidente Contraddizione con la meccanica delle onde

125 LEFFETTO COMPTON Compton descrisse con successo questo fenomeno come urto tra due particelle, un elettrone e un fotone fotone X incidente fotone X diffuso elettrone di rinculo

126 LURTO FOTONE- ELETTRONE Nellurto il fotone cede una parte della sua energia allelettrone Ma, per la relazione di Planck, minore energia significa minore frequenza E diffuso < E incidente f diffuso < f incidente

127 LA DIFFRAZIONE DEGLI ELETTRONI Davisson e Germer ottennero questa figura di diffrazione inviando contro un cristallo un fascio di elettroni

128 Il principio di relatività Se una legge fisica vale per un dato osservatore, allora vale anche nella stessa forma per un altro osservatore in moto rettilineo uniforme rispetto al primo

129 Costanza della velocità della luce La velocità della luce nel vuoto è la stessa per ogni osservatore E una conseguenza delle equazioni di Maxwell, se queste sono supposte valide per ogni osservatore inerziale

130 Spazio e tempo assoluti Newton, Principia, 1726 (3a ed.)

131 Spazio e tempo assoluti

132 In un universo omogeneo, la relazione tra densità di energia e curvatura è semplice Curvatura = E.pot. – E.cin. E.pot è la densità di energia potenziale E.cin è la densità di energia cinetica La curvatura delluniverso

133 Se prevale lenergia potenziale, la curvatura è positiva Vale la geometria ellittica Universo finito, come la sfera Curvatura positiva

134 Se prevale lenergia cinetica, la curvatura è negativa Vale la geometria iperbolica Universo infinito, come la sella Curvatura negativa

135 Se le due densità sono uguali, la curvatura è nulla Vale la geometria euclidea Universo infinito, come il piano Curvatura nulla

136 MOMENTO ANGOLARE Il momento angolare orbitale è il prodotto della massa della particella per la sua velocità per il raggio dellorbita L = mvr r

137 SPIN Lo spin è sempre un momento angolare, solo che è dovuto alla rotazione della particella su se stessa anziché intorno al nucleo S = mvR R

138 ANTIPARTICELLE Nella fisica moderna si assume che per ogni particella ci sia unANTIPARTICELLA, con massa e spin identici ma con carica elettrica opposta. Ad esempio: Elettrone: carica negativa Elettrone: carica negativa Positrone: carica positiva Positrone: carica positiva

139 ANTIPARTICELLE Tutte le antiparticelle delle particelle note sono state osservate. La materia fatta di antiparticelle prende il nome di ANTIMATERIA


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