Un sistema periodico ... per immagini

Il rubidio

 

Un'immagine da premio Nobel. 

In effetti, costruire un condensato di Bose-Einstein equivale ad aprire una finestra sul mondo microscopico e sulla fisica dei quanti. Se potessimo divenire piccoli come il nucleo di una cellula e osservare le singole molecole che compongono l'aria che respiriamo, le vedremmo come uno sterminato sciame di oggetti nebulosi, simili a biglie, che si muovono ad altissima velocità urtando contro gli oggetti circostanti e fra loro. Quanto più l'aria è calda, tanto più velocemente si muovono le molecole. Se invece l'aria si raffredda, esse si muovono sempre più lentamente. Se la temperatura diventa tanto bassa da far sì che le molecole siano quasi immobili, cominciano ad accadere fenomeni che non sappiamo descrivere con la fisica classica: in alcuni gas, composti di atomi che i fisici classificano nella categoria dei "bosoni", le singole particelle, anziché muoversi indipendentemente le une dalle altre, in direzioni causali, cominciano a ingrandirsi, la loro superficie si fa indistinta, infine sembrano comportarsi tutte come un solo oggetto, quasi a sovrapporsi e dare luogo a un unico, grande, indistinto super-atomo. Ecco un "condensato di Bose-Einstein": un gas nel quale gli atomi, sebbene ancora tutti presenti, sembrano perdere la propria individualità e comportarsi come un oggetto collettivo. I premiati, recita la dichiarazione dell'Accademia delle scienze svedese, sono riusciti "a far cantare gli atomi all'unisono".

Quasi ottant'anni fa Satyendra Nath Bose, un giovane, sconosciuto fisico indiano, spedì una lettera ad Albert Einstein. Conteneva uno studio matematico sul comportamento dei fotoni, le particelle che compongono la luce. Einstein intuì subito l'importanza del lavoro di Bose. Lo fece pubblicare e lo estese presto al caso di alcune categorie di particelle elementari e atomi, che da allora chiamiamo bosoni. Einstein capì che, a temperature bassissime, i bosoni che compongono un gas si sarebbero comportati in quella maniera speciale e collettiva: avrebbero "condensato" in un unico, strano, oggetto. Presto si riuscì ad utilizzare le proprietà speciali dei bosoni per ottenere onde elettromagnetiche del tutto speciali, quelle della luce laser, nelle quali i fotoni hanno tutti la stessa energia e si muovono nella stessa maniera, "cantando all'unisono". Ben più difficile era ottenere lo stesso effetto su particelle pesanti. Carl Wieman e Eric Cornell ci riuscirono. Utilizzando una tecnica ingegnosa e inaspettata, raffreddarono gli atomi di rubidio al di sotto della temperatura più bassa che si possa trovare in natura nell'universo. E osservarono per primi un condensato di Bose-Einstein. Wolfgang Ketterle ottenne risultati analoghi e costruì una specie di "fontana ad atomi", che lasciava cadere piccole gocce di condensato.

Oltre all'interesse scientifico aperto dai lavori dei tre fisici, molte applicazioni pratiche sono in vista: nel campo dell'ottica, delle nanotecnologie, dell'olografia, dell'informatica - con la possibilità di arrivare a circuiti informatici molto più piccoli di quelli attuali e quindi di avere computer più veloci, compatti e potenti - del miglioramento della precisione dei sistemi di navigazione aerea, consentendo di misurare al centimetro l'esatta posizione di velivoli, satelliti e navette spaziali. "E non è detto" - azzarda Stefano Fantoni - "che non si arrivi a costruire dei veri e propri laser atomici: invece che sparare fotoni della stessa energia, potremmo emettere particelle materiali pesanti in uno stato condensato di Bose-Einstein. Sarebbe una prospettiva straordinaria, dalle mille applicazioni pratiche".

Testo di Yurij Castelfranchi

 

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Un sistema periodico per immagini

Il sistema periodico è una sintesi straordinaria delle conoscenze chimiche. Questa versione del sistema periodico è collegata al Dizionario di Chimica e Chimica Industriale, e aggiunge ai dati sui singoli elementi che si trovano nel Dizionario una collezione di immagini che con lo sviluppo del progetto dimostrerà quanto ogni elemento chimico - anche il più trascurato nella didattica - sia entrato nella cultura scientifica e nella pratica industriale del nostro tempo. Le immagini della collezione  provengono  dalle fonti più diverse e riguardano temi che vanno dallo stato naturale dell'elemento alle sue applicazioni, dalle rappresentazioni con il calcolatore di eventi ed esperimenti alle immagini tratte da comics, manifesti, inserzioni pubblicitarie, videogiochi