Seduto Scomposto

Questo è il secondo di una serie di articoli contenenti la mia traduzione di questa pagina. Ogni commento e/o critica è sempre bene accetto/a da chiunque. Buona lettura!

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1897- l’elettrone

Il fisico Inglese J.J. Thompson scoprì una particella sub atomica comune a tutta la materia mentre eseguiva esperimenti sulle emissioni termiche ioniche. Queste emissioni si verificano quando un elemento metallico viene riscaldato e rilascia raggi invisibili. Questo raggio può essere illuminato su uno schermo fluorescente piazzando un piccolo elettrodo a pochi centimetri di distanza dall’elemento riscaldato e connettendo del voltaggio tra l’elemento e l’elettrodo. L’elettrodo deve essere positivo (anodo) e l’elemento negativo (catodo). * Il raggio invisibile produce un punto luminoso sullo schermo ed è conosciuto come raggio catodico. Siccome il raggio è attratto dall’anodo, Thomson dedusse che i raggi catodici fossero una banda di particelle cariche negativamente. Egli li chiamò elettroni. Questo ci suggerisce che gli elettroni sono rilasciati dagli atomi metallici. Più tardi, fu dimostrato che tutti gli atomi contengono elettroni, per esempio, l’elettrone è uno dei blocchi costruttivi di un atomo non fondamentale.

*La designazione positiva fu una scelta arbitraria che seguiva ricerche precedenti in cui si mostrava che c’erano due tipi di carica elettrica, come attrattiva e repulsiva l’altro tipo.

1911 – il nucleo

Ernest Rutherford bombardò una lamina d’oro con nuclei di elio (particelle alpha) e notò che molti di essi passavano attraverso l’oro non riflessi. Ma approssimativamente 1 su 8000 erano percepibilmente riflessi in tutte le direzioni e alcuni venivano addirittura rimbalzati indietro nella direzione da cui venivano. Egli concluse che queste riflessioni richiedessero che l’atomo dell’oro contenesse un piccolo centro carico positivamente circondato da particelle cariche negativamente e, conseguentemente, che la materia fosse per la maggior parte spazio vuoto. Rutherford scoprì che il diametro del nucleo è stimabile come 100,000 volte più piccolo dell’atomo. Possiamo immaginarcelo come uno spillo nel centro di uno stadio di calcio, dove lo spillo costituisce il nucleo. (Il lavoro di Rutherford diede la prima indicazione sul fatto che il centro di carica positiva occupa una frazione estremamente piccola del volume di un atomo.) Dopo la scoperta dell’elettrone, si realizzò che ci dovessero essere centri di carica positiva all’interno dell’atomo per bilanciare la negatività degli elettroni e creare atomi elettricamente neutri. Gli esperimenti di Rutherford lo convinsero che il nucleo dell’idrogeno (essendo il più leggero di tutti i nuclei) fosse una particella elementare. Egli lo chiamò protone, dalla parola Greca “protos”, che significa “primo”. Egli predisse anche l’esistenza del neutrone nel 1920. Vent’anni dopo, il suo assistente James Chadwick ne fece la scoperta. I neutroni possono essere immaginati agenti come una specie di colla che tiene insieme il nucleo. Questi protoni carichi positivamente si respingono uno con l’altro.

Ad ogni modo, protoni e neutroni sono attratti l’uno dall’altro come risultato di un’altra forza, l’attrazione nucleare forte. Questa, è una forza attrattiva che ha effetto solo su un raggio molto ristretto del nucleo. L’attrazione nucleare forte tiene uniti protoni e neutroni per formare il nucleo. I neutroni non contribuiscono ad alcun effetto repulsivo a causa della loro neutralità. In questo modo, avendo più neutroni intorno aiuta a tenere insieme il nucleo. A questo punto fu fatto osservare che ogni atomo con elettroni in orbita attorno ad un centro carico positivamente dovevano continuamente espellere onde elettromagnetiche ed ub questo modo continuare a perdere carica, causando il collasso a spirale dell’elettrone nel nucleo. Per evitare ciò Niels Bohr, dalla Danimarca, semplicemente postulò distinte orbite possibili come nuova regola.

1912

Niels Bohr suggerì che gli elettroni orbitanti attorno al nucleo degli atomi potessero avere solamente certe energie e che elemento avesse differenti energie degli elettroni. Egli assunse che le orbite fossero definite dal loro momento angolare. Ciò condusse al calcolo di possibili livelli energetici per queste orbite e al postulato che l’emissione di luce avviene quando un elettrone si muove in un’orbita con energia inferiore. Questo postulato rimase nella proposizione di Einstein che l’energia, nella forma della luce, consiste di distinte, continue particelle (o quanti), che egli chiamò fotoni. Nel modello di Bohr, gli elettroni potevano occupare solo particolari orbite attorno al nucleo e potevano saltare da un’orbita alla successiva – il famoso salto quantico. Per ciascuno di questi salti, essi avrebbero emesso o assorbito un fotone. Nonostante la teoria quantica della luce fosse provata sperimentalmente, altri esperimenti provarono che la luce aveva anche proprietà continue simili alle onde. Einstein suggerì che ci fossero “due immagini contraddittorie della realtà; separate nessuna delle due spiega pienamente il fenomeno della luce, ma insieme ci riescono”. Ciò significò che il fenomeno in natura condivide insieme l’onda e la particella, e che la luce è insieme continua e discreta.

Vedi anche:

Dagli atomi alle stringhe – Parte prima