La natura quantizzata dell'elettromagnetismo

La natura è quantizzata in pacchetti di energia, ne abbiamo parlato per la gravità. L'elettromagnetismo e la gravità sono due differenti stati del campo unificato, quindi anche l'elettromagnetismo deve essere quantizzato. E questo è proprio ciò che ha detto un recente esperimento, dove la natura quantica dell'elettromagnetismo è emersa.

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Che cosa accadrebbe se una corrente elettrica non è più scorreva, ma colava invece? Questa è stata la domanda studiato da ricercatori che lavorano con Christian Ast presso l'Istituto Max Planck per la ricerca sullo stato solido. La loro indagine ha coinvolto raffreddamento loro microscopio a effetto tunnel fino a quindici millesimo di grado sopra lo zero assoluto. A queste temperature estremamente basse, gli elettroni rivelano la loro natura quantistica. La corrente elettrica è quindi un mezzo granulare, costituito da particelle individuali. Gli elettroni gocciolare attraverso un conduttore come granelli di sabbia in una clessidra, un fenomeno che può essere spiegato con l'ausilio di elettrodinamica quantistica.

Acqua che scorre da un rubinetto sembra un mezzo omogeneo - è impossibile distinguere tra le singole molecole di acqua. Esattamente la stessa cosa vale per la corrente elettrica. Tanti flusso di elettroni in un cavo convenzionale che la corrente appare omogeneo. Anche se non è possibile distinguere singoli elettroni, la meccanica quantistica dice che dovrebbero esistere. Così come si comportano? A quali condizioni non la corrente non scorre come l'acqua attraverso un rubinetto, ma scorre come sabbia in una clessidra?

L'analogia clessidra è molto appropriato per il microscopio a scansione tunnel, in cui un sottile, indicate scansioni punta attraverso la superficie di un campione senza toccarlo. Un piccolo corrente scorre tuttavia, in quanto vi è una leggera probabilità che gli elettroni "tunnel" dalla punta appuntita nel campione. Questa corrente di tunneling è una funzione esponenziale della separazione, che è il motivo per cui la punta a punta si trova a soli pochi Ångström (dieci milionesimo di millimetro) sopra il campione.

variazioni minuto nella corrente di tunneling in tal modo consentono ai ricercatori di risolvere i singoli atomi e strutture atomiche sulle superfici e indagare la loro struttura elettronica. Microscopi a effetto tunnel sono quindi alcuni dei rivelatori più versatili e sensibili di tutta la fisica dello stato solido .

Anche in queste condizioni estreme - una piccola corrente di meno di un miliardesimo della corrente che scorre attraverso una lampadina da 100 watt - miliardi di elettroni per secondo ancora scorrono. Questo è troppi per discernere i singoli elettroni. La temperatura è scesa a circa quindici millesimo di grado sopra lo zero assoluto (cioè a meno 273,135 ° C o 15 mK) prima che gli scienziati hanno visto che la corrente elettrica è costituito da singoli elettroni.

A questa bassa temperatura, strutture molto fini, che i ricercatori non si aspettava, compaiono nello spettro. "Potremmo spiegare queste nuove strutture solo assumendo che la corrente di tunnel è un media granulare e non più omogeneo", dice Ast, che dirige il gruppo di lavoro con il microscopio a effetto tunnel. Questa è dunque la prima volta che la natura piena quantum di trasporto elettronico nel microscopio a scansione tunnel si è mostrato.

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