0323. Perchè alcuni fotoni assorbono energia e altri la scaricano?

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Come si spiega che alcuni fotoni in presenza di un campo magnetico vengono assorbiti scaricando la loro energia, mentre altri deviano? (Bruno Ornaghi.) (2212_3194_5405)


sem_esperto_verdeA differenza delle particelle cariche - elettroni , protoni , mesoni icona_glossario carichi etc. – i fotoni e le altre particelle neutre non deviano in un campo magnetico o in un campo elettrico.

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Tuttavia, come previsto dalla teoria della Relatività Generale icona_glossario di Einstein icona_biografia , deviano, sia pure debolmente, in un campo gravitazionaleicona_glossario. Ed è stata proprio la misura di questa deviazione, annunciata nel 1919 ad una riunione congiunta della Royal Society e la Royal Astronomical Society, a costituire la prima verifica sperimentale della validità della teoria della Relatività Generale di Einstein icona_biografia. La notizia venne pubblicata il giorno dopo con grande risalto dal Times di Londra e ripresa il giorno successivo con lo stesso risalto dal New York Times e fece di colpo di Albert Einstein, una celebrità mondiale. Essa ebbe un grande significato politico. Il fatto che, ad un anno appena dalla fine della prima guerra mondiale con il suo strascico di odi e rancori, le due più prestigiose società scientifiche inglesi si fossero impegnate nella verifica della teoria di un ancora oscuro professore tedesco che lavorava a Berlino, costituì una prova che la scienza non conosceva barriere. La Germania, ansiosa allora di ricostruire la sua immagine internazionale, sfruttò la celebrità di questo suo scienziato incoraggiando, tramite il suo Ministero degli Esteri, le sue missioni all’estero. Come sappiamo tutto questo finì con l’avvento al potere di Hitler e l’inizio dell’antisemitismo di stato. Ironicamente anche la verifica sperimentale della sua teoria non valse ad Einstein l’assegnazione del premio Nobel che gli fu concesso tre anni dopo per la spiegazione dell’ effetto fotoelettrico icona_glossario da lui pubblicata nel 1905 (il 1905 è considerato l’annus mirabilis di Albert Einstein: nel centesimo anniversario di questa data in tutto il mondo è stato festeggiato l’Anno Mondiale della Fisica ). Il fotone non ha carica elettrica e quindi, nell’elettrodinamica classica il fotone non interagisce con il campo elettromagnetico . (Ricordiamo che diverso è il caso della interazione forte i cui mediatori - i gluoni icona_glossario - hanno carica forte e quindi interagiscono con il campo dell’interazione forte icona_esperto[89]). Dal punto di vista dell’elettrodinamica quantisticaicona_glossario - QED Quantum Electro Dynamics icona_esperto[322] - tuttavia esiste una piccolissima interazione tra un fotone ed un campo. Infatti la QED prevede l’interazione tra due fotoni mediante la creazione virtuale icona_glossario di una coppia di particella icona_glossario ed antiparticella icona_glossario.

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Diagramma di Feynman icona_biografia, che rappresenta l' interazione tra due fotoni, mediante creazione di una coppia virtuale elettrone-positrone.

La coppia elettrone-positrone viene creata e distrutta allo stesso tempo in quanto la sua esistenza reale violerebbe il principio della conservazione dell’energia e della quantità icona_glossario di moto: principio sacro della fisica ancor oggi. Siccome un campo magnetico (od elettrico) si può considerare composto da fotoni allora un fotone può interagire con i fotoni di questo campo. Tuttavia l’effetto è molto piccolo e non rivelabile per campi elettrici o magnetici che non siano estremamente elevati.

Carlo Schaerf – Fisico


 

 

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