5 Una particolare curva caratteristica di un tubo a vuoto che consente di stimare le dimensioni di un atomo di un gas nobile Effetto Ramsauer-Townsed La curvatura dello Spazio-Tempo Sigg. Luigi De Biasi - Luigi Ret - Prof. Isidoro Sciarratta CIRD - Università di Udine www.impararesperimentando.it Effetto Ramsauer-Townsed Una particolare curva caratteristica di un tubo a vuoto che consente di stimare le dimensioni di un atomo di un gas nobile L’effetto Ramsauer consiste nella riduzione della sezione d’urto quando elettroni di energia intorno a 1 eV urtano atomi di gas inerti: argon A, krypton Kr, neon Ne. Questa riduzione non può essere spiegata in termini di meccanica classica in quanto risulta connesso con la natura ondulatoria degli elettroni: tuttavia può essere spiegato con un semplice modello unidimensionale che, pur con ipotesi molto semplificative, fornisce un’interpretazione immediata e soprattutto quantitativa, almeno negli ordini di grandezza. Scopo di questo esperimento è appunto quello di mostrare in particolare come, anche sulla base di un modello unidimensionale, sia possibile pervenire alla stima delle dimensioni di un atomo di un gas inerte. L’effetto deve il suo nome ai due ricercatori, Carl Ramsauer e John Sealy Townsed che lo scoprirono La prima curva mostra l’andamento della tensione anodica mentre la seconda la indipendentemente tra di loro, agli inizi del 1920. Essi osservarono che per elettroni relativamente poco energetici, le conseguente intensità di corrente anodica probabilità di collisione con atomi di gas nobili hanno un valore minimo per un determinato valore di energia cinetica. Ad esempio per lo xenon risulta circa 0.7 electron volt, dopo di che tende a risalire. Una spiegazione di questo effetto, legato alle proprietà ondulatorie dell’elettrone, si può ottenere solo nell’ambito della meccanica quantistica. Assimilando l’atomo ad una semplice buca di potenziale, è possibile correlare il valore dell’energia a cui si ottiene il minimo di probabilità di collisione con le dimensioni dell’atomo con cui l’elettrone collide. L’esperienza qui proposta utilizza una valvola termoionica in cui il gas di riempimento (xenon) viene utilizzato come limitatore di corrente, disperdendo per collisione parte degli elettroni che concorrono alla formazione della corrente circolante - e che presenta dei massimi di conducibilità in corrispondenza alle energie elettroniche alle quali si ha la minima probabilità di collisione con gli atomi, per effetto, appunto, di Ramsauer-Townsend. La curvatura dello Spazio-Tempo Deformazione geometrica prodotta dalla massa della Terra nello spazio attorno ad essa Per spazio-tempo o cronotopo si intende uno spazio quadridimensionale, composto dall’usuale spazio a 3 dimensioni con il tempo come coordinata aggiuntiva. Lo spazio-tempo è quindi un concetto fisico che combina le nostre classiche nozioni tradizionalmente distinte di spazio e di tempo in un solo costrutto unico e omogeneo. L’introduzione dello spazio-tempo è una conseguenza diretta della teoria della relatività ristretta che stabilisce un’equivalenza fra lo spazio e il tempo. I punti dello spazio-tempo sono detti eventi e ciascuno di essi corrisponde ad un fenomeno che si verifica in una certa posizione spaziale e in un certo istante. La teoria sostiene che lo spazio-tempo viene più o meno curvato dalla presenza di una massa; un’altra massa più piccola si muove allora come effetto di tale curvatura. Spesso, si raffigura la situazione come una palla che deforma un telo elastico teso tramite il suo peso. Il cosiddetto “tessuto di Eddington”, una sorta di lenzuolo di gomma. Una Deformazione geometrica prodotta dalla massa seconda pallina che si trova a transitare nelle vicinanze della prima, viene accelerata da questa deformazione della Terra nello spazio attorno ad essa del piano ed in pratica attratta dalla prima. Nel caso di un buco-nero, la distorsione dello spazio-tempo diventa estrema e allora si forma una specie di pozzo gravitazionale, circoscritto da una linea di non ritorno, al di la della quale la gravità è talmente intensa che niente può sfuggire, nemmeno la luce. Anche gli impulsi elettromagnetici vengono deviati dalla forza di gravità secondo la teoria della relatività. Nell’immagine una rappresentazione grafica di un segnale inviato da una sonda che viene deviato dalla gravità del Sole e raggiunge la Terra. Su una superficie curva non vale la geometria euclidea, in particolare è possibile tracciare un triangolo i cui angoli sommati non forniscono 180° ed è anche possibile procedere sempre nella stessa direzione, ritornando dopo un certo tempo al punto di partenza. Ad esempio su una sfera, la somma degli angoli di un triangolo non è uguale a 180°. La sfera non è uno spazio euclideo, ma localmente le leggi della geometria euclidea forniscono buone approssimazioni. Nella geometria iperbolica, le rette parallele generalmente “divergono” e gli angoli interni di un triangolo sono più piccoli che nella geometria euclidea. Questo è quanto accade ad esempio per le geodetiche su una superficie a Valvola con riempimento allo xenon forma di sella come questa a sinistra. Telo elastico deformato dal peso di un corpo attorno a cui si muovono altri corpi