Ciao ragazzi, una PROFANA curiosità: “Cazz…do” su internet ho letto che sulla ISS si stanno effettuando esperimenti sul condensato di BOSE- EINSTEIN (BEC). Dicono si tratti di una “nuvola” di particelle (bosoni) raffreddate a tal punto da comportarsi come un singolo atomo (superatomo). Viene definita la quinta materia dopo solido, liquido, gassoso e plasma. Mi piacerebbe molto saperne di più…
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Argomento tosto da cui partire…
A prescindere da come viene definito a livello scolastico lo stato della materia, si tratta di una situazione causata dal principio di indeterminazione di Heisenberg; in parole molto povere, non puoi sapere con precisione sia la posizione che la velocità di un oggetto. Se sai con molta precisione la posizione, allora la velocità ha una certa incertezza ampia. Si parla di grandezze molto piccole ovviamente.
Quello che hanno fatto sulla ISS è di raffreddare a 0 Kelvin un “gas” molto rarefatto. A quella temperatura la velocità molecolare teorica è 0. Quindi, teoricamente, sapendo la velocità, non puoi sapere dove è un particolare atomo, anzi si trova in una situazione che è con una certa probabilità sparso per la scatola dell’esperimento (e in teoria anche fuori, ma non approfondiamo).
Però ti suggerisco di partire da argomenti più semplici, questi non sono descritti per bene dai giornalisti, e sono di fisica pura, non di astronautica.
Anche la mia descrizione ha saltato un centinaio di ore di concetti preliminari.
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Grazie Paolo.
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Ragazzi, che argomento tosto…
Dunque in natura le particelle si dividono in bosoni e fermioni.
I primi hanno spin intero (e.g. 1 come il fotone) ed obbediscono alla statistica di Bose-Einstein.
I secondi hanno spin semintero (1/2 3/2, l’elettrone e il protone hanno 1/2) e obbediscono alla statistica di Fermi-Dirac.
Obbedire alla statistica di Bose-Einstein vuol dire che li puoi mettere tutti nello stesso stato quantico, ossia possono essere tutti indistinguibili gli uni dagli altri.
In altre parole con i fotoni ci puoi fare un laser, dato che gli dai stesso impulso, direzione energia ecc ecc.
Con gli elettroni non puoi fare il laser perche’ ognuno e’ forastico e vuole il suo numero quantico diverso da tutti gli altri. E’ per quello che le nuvole elettroniche degli atomi hanno forme e livelli energetici diversi. Nell’atomo di idrogeno hai un solo elettrone (livello 1, guscio S se ricordo bene). Con l’elio hai due elettroni nel livello 1 entrambi a spin in valore assoluto 1/2 ma uno con spin positivo (1/2) e l’altro negativo (-1/2) (li si puo’ immaginare che girano uno in un verso e uno nell’altro verso).
Se aggiungi elettroni con i litio il terzo eletrone deve andare ad un livello piu’ alto ecc ecc, in sostanza non si sopportano.
Ora la cosa bellissima è che se raffreddi i fermioni, in casi molto particolari si possono comportare come bosoni (ad esempio l’elio4 diventa superfluido, puoi fare i supercondutotri) e in generale parecchia fisica interessantissima.
Il condensato di bose einstein e’ uno di questi casi in cui prendi degli atomi, li superraffreddi e riesci a porli tutti nello stesso stato quantico ed ottenere un oggetto quasi macroscopico (ma certamente non microscopico) che obbedisce alle leggi della meccanica quantistica e puoi quindi studiare come si comporta e vedere se ci sono deviazioni da quello noto. A terra questi condensati durano poco perche’ cadono per via della gravita’, mentre in orbita ovviamente no e li poi studiare per un tempo piu’ lungo.
E’ veramente una cosa fichissima, vediamo che si riesce a tirare fuori (e’ anche importante per la vecchia vexata quaestio sulla ISS che viene spesso accusata di non far fisica fondamentale)
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Penso che queste esperimento Cold Atom Lab sia invece la dimostrazione del valore scientifico della ISS. Un apparato sperimentale relativamente semplice, delle dimensioni di una macchina da caffè da bar, consente di fare ricerca di punta alle frontiere della fisica tanto quanto le infrastrutture gigantesche e dal costo astronomico del CERN.
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eh infatti, oltretutto l’apparato e’ relativametne sempliche perche’ si avvale di tutta l’infrastruttura, power telemetry ecc della ISS
Grazie a tutti. Dalle vostre preziose risposte ho tratto 3 conclusioni…
- È ancora prematuro considerare il quinto elemento cone reale in stato di gravità (quindi sulla terra).
- Questo esperimento contribuisca a dare enorme valore scientifico alla missione della ISS.
- Mio malgrado, la curiosità che mi distingue mi ha fatto incappare in un argomento ostico e complicato. Prometto che ne trarro’ insegnamento per le prossime.
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Ma non farti problemi, Come vedi un ragno dal buco si cava sempre
Grazie mille.
Articolo di NASA al riguardo.
https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-cold-atom-lab-takes-one-giant-leap-for-quantum-science
E video annesso.
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Non ho letto, ma qui anche uno di ArsTechica
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Video di ASI
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