La fisica che piega la mente rivela che gli elettroni viaggiano in “corsie” mentre si muovono lungo i fili quantistici

Gli elettroni, uno dei componenti più fondamentali del nostro universo, custodiscono ancora alcuni segreti che lasciano perplessi gli scienziati moderni. Dagli anni ’20, i fisici hanno lavorato per provare a svelare il funzionamento di queste particelle cariche negativamente e come si comportano in diverse situazioni. Ora, una ricerca condotta presso l’Università di Cambridge ha gettato nuova luce su un paio di fattori chiave, gli spin e le cariche degli elettroni, rivelando ancora di più il loro comportamento unico.

Sfondo: gira e carica

nel 1920Gli scienziati hanno condotto diversi esperimenti che hanno rivelato che gli elettroni possiedono più spin. Uno di questi, il Stern-Gerlach esperimento, ha coinvolto un raggio di atomi d’argento diretti a un campo magnetico irregolare. Il campo magnetico ha diviso il raggio in due, rivelando due diversi spin per l’elettrone.

Matematicamente, di un elettrone rotazione può essere +1/2 o -1/2, indicando in quale direzione sta avvenendo la rotazione. Lo spin dell’elettrone è importante per influenzare il modo in cui un elettrone interagisce con altri elettroni o si comporta in un campo magnetico.

Analisi: corsie veloci e corsie lente

Per saperne di più sulle proprietà sia dello spin dell’elettrone che della carica elettronica, i ricercatori dell’Università di Cambridge, con la partecipazione di ricercatori dell’Università di Francoforte, ha spinto gli elettroni a viaggiare lungo un filo speciale. Quello che hanno scoperto è che le cariche e gli spin dello stesso elettrone sono stati separati in una corsia di sorpasso e una corsia lenta.

Secondo il ricercatore Pedro Vianez, “È come se le auto (come le tariffe) viaggiassero sulla corsia lenta ma i loro passeggeri (come i giri) procedessero più velocemente, sulla corsia di sorpasso”. Ciò consente all’elettrone di prendere le corsie veloci e lente allo stesso tempo. Queste due corsie rappresentano anche due livelli di energia, rivelando che l’elettrone ha due diversi livelli di energia contemporaneamente.

Questo strano fenomeno fa luce su altri aspetti della fisica delle particelle. “Quello che si sta parlando qui è che non si tratta più di elettroni, ma, invece, di particelle composite (quasi) di spin e di cambiamento, comunemente soprannominate rispettivamente spinoni e oloni”, ha spiegato il collaboratore Oleksandr Tsyplyatyev dell’Università di Francoforte.

Prospettive: nuova ricerca sugli elettroni?

“Per molto tempo si è creduto che questi diventassero instabili a energie così elevate, ma ciò che si osserva indica esattamente il contrario: sembrano comportarsi in un modo molto simile agli elettroni normali, liberi e stabili, con ciascuno la propria massa, tranne che non sono, infatti, elettroni, ma eccitazioni di un intero mare di cariche o di spin! I risultati dell’esperimento sono stati pubblicati in La scienza avanza,




Con i risultati della recente ricerca, i fisici hanno ora un maggiore grado di conoscenza con cui lavorare quando studiano il comportamento degli elettroni. Questo studio offre anche promesse per quanto riguarda il potenziale di nuovi progetti tecnologici in futuro, che potrebbero aiutare a migliorare l’efficienza degli elettroni nei sistemi di alimentazione e in altri dispositivi elettrici, nonché nelle applicazioni di ingegneria quantistica.

Kenna Hughes-Castleberry è una scrittrice dello staff del Debrief e del Science Communicator presso JILA (una partnership tra l’Università del Colorado Boulder e il NIST). Si concentra sulla tecnologia profonda, sul metaverso e sulla tecnologia quantistica. Puoi trovare altri suoi lavori sul suo sito web: https://kennacastleberry.com/

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