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L'impronta del fantasma

La funzione d'onda gioca un ruolo fondamentale nella meccanica quantistica, in quanto individua lo stato o la situazione di un sistema, come un atomo o una particella, e permette di seguirne l'evoluzione. Ma fin dai tempi della sua comparsa, negli anni venti del secolo scorso, ha fatto discutere il suo grado di 'realtà', come dicono i dotti. In effetti non si è mai identificato un corrispettivo della funzione d'onda, o psi, nel mondo reale delle grandezze osservabili, o misurabili, di cui si occupa la fisica. La psi è sempre stata vista come una utilissima espressione matematica, che consente di ricavare, con un procedimento di puro calcolo, la probabilità di ottenere valori di quantità osservabili o misurabili, come posizione e velocità di una particella. Misurando le quali però, la psi stessa cambia, e diversi aspetti della sua 'realtà' originaria vanno perduti e sfuggono così a una osservazione diretta.
La psi consente di ricavare le probabilità di ottenere un certo risultato dalla misura di una osservabile, come l'energia di un sistema, atomo o molecola e la posizione o la velocità dei suoi costituenti. Negli atomi, le funzioni d'onda cosiddette elettroniche permettono di ricavare come si distribuiscono le cariche elettriche, cioè gli elettroni stessi a distanze, che sono lontanissime dalla scala degli oggetti della vita quotidiana. Nel caso dell'atomo più semplice, cioè l'idrogeno, si sono ricavati i cosiddetti orbitali nodali, che finora sono comparsi nei libri di testo unicamente come figure illustrative, in grado di mostrare dove si concentrano, con maggiore probabilità, le cariche degli elettroni attorno ai nuclei.

Ora un team europeo è riuscito a costruire un microscopio, che permette di ingrandire, per così dire, l’immagine, o meglio gli effetti della funzione d’onda degli elettroni eccitati dell’atomo di idrogeno, per più di 20mila volte. Per cui le forme ‘nodali’ di cui sopra, sono state visualizzate su un piano bidimensionale. Da distribuzioni di probabilità puramente matematiche, sono diventate osservabili sul piano ‘reale’ di un rivelatore. Ovvero delle autentiche impronte del fantasma della funzione d’onda.

Esplorando per l’ennesima volta l’atomo più semplice, cioè l’idrogeno, la funzione d’onda appare meno un fantasma  e più un dato del mondo fisico. Si aspettano reazioni dagli eterni duellanti sulla ‘realtà’ della funzione d’onda.

Lanfranco Belloni

Per leggere l'articolo: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i21/e213001

12 giugno 2013
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