1690 – teoria ondulatoria della luce, Christiaan Huygens, 1690 (nell’etere)

Young-luce-onda-1801

1801 – esperimento di Thomas Young, dimostra la natura ondulatoria della luce, una doppia fenditura genera una figura di interferenza formata da bande alternatamente scure e luminose.

1848 – effetto doppler. Il primo a darne una spiegazione fu l’austriaco Christian Doppler

1864 – il campo elettromagnetico di James Clerk Maxwell (1831-1879); natura ondulatoria della luce. Il colore è la frequenza della luce.

1880 – la tavola periodica degli elementi di Dmitri Mendeleev 

1881/7 – Interferometro di Michelson. L’esperimento di Michelson-Morley per misurare la velocità della luce dimostra l’inesistenza del vento d’etere

1887 – Esperimento di Michelson e Morley: velocità della luce nello spazio è indipendente: l’etere luminifero non esiste. (Etere: sostanza invisibile attraverso cui si propagano le onde elettromagnetiche secondo la fisica del XIX sec.)

Interferometro di Michelson

L’interferometro di Michelson  permette di dividere in due un fascio di luce per poi farli riconvergere in un’unica figura che mostra l’interferenza.

1896 – J.J. Thomson: identifica particelle, corpuscoli, con carica negativa che in seguito saranno gli elettroni.

1898 – Marie Curie insieme al marito Pierre, identificano il polonio

1900 – corpo nero ipotizzato da Max Planck (1858-1947): radiazione elettromagnetica è costituita dai quanti: pacchetti di energia proporzionale alla frequenza dell’onda elettromagnetica. I quanti sono granuli di energia indivisibili; sono quantità di energia finite e discrete.

1902 – emissione di elettroni dalla superficie di metalli quando colpiti dalla luce, von Leonard.

1904 – sempre Thomson propone un modello atomico detto a panettone, perché i corpuscoli di carica negativa sono immersi in modo regolare in una “pasta” con carica positiva. 

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modello atomico di Thomson

1905 – effetto fotoelettrico-  Albert Einstein teorizza che l’energia del fascio di luce è distribuita in pacchetti, ovvero quanti, di grandezza hv, interamente trasferibile all’elettrone. 

Energia degli elettroni emessi: T = hv – W (W=lavoro di estrazione dell’elettrone). Osservazione sperimentale: maggiore frequenza significa maggiore energia, mentre l’intensità indica solo il numero degli elettroni. 

Quantizzazione della luce – Se per Planck solo gli scambi di energia sono quantizzati, con Einstein la radiazione stessa viene quantizzata.

1911 – modello atomico di Rutherford 

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modello atomo di Rutherford – 1911

1912 – Albert Einstein spiega la curvatura dello spazio-tempo.

1913 – modello atomico di Bohr. Ampliato nel 1926 da Sommerfeld. Momento angolare dell’elettrone è un multiplo intero della costante di Planck ridotta; transizione di un elettrone da uno stato all’altro genera o assorbe energia nello scambio con il campo elettromagnetico; 

Gli elettroni possono stare solo su certe orbite attorno al nucleo, e possono saltare da un’orbita all’altra solo per interazione con pacchetti di energia che hanno una particolare frequenza d’onda. Un elettrone non eccitato rimane sulla propria orbita stazionaria (però non si spiega come non cada sul nucleo). Se eccitato dalla luce (o altra sollecitazione elettromagnetica) può solo saltare su un altro orbitale definito secondo la scala di Planck (e non qualsiasi o altro). Nel passaggio da un livello maggiore a uno minore vi è emissione di una quantità di energia. 

modello di Bohr

modello atomico di Bohr e salti quantici

 

Bohr non spiega come è fatto l’atomo, ma permette di interpretare i dati spettrografici della sperimentazione.  Allarga l’area della quantizzazione agli scambi (pacchetti) di energia ma non all’elettrone. 

Resta da capire se l’elettrone passando da un’orbita all’altra passerà in mezzo o no. 

1915 – relatività generale di Einstein: spaziotempo a quattro dimensioni, gravità è la manifestazione della curvatura spaziotempo.

1915 – Einstein: nella interazione con la materia i quanti trasferiscono oltre all’energia anche un impulso  p= h/λ  – Anticipa formula di De Broglie e rafforza l’idea di particella della luce, ossia il “futuro” fotone (Frithiof Wolfers 1926).

Nell’esperimento della fenditura è la frequenza dell’impulso che deve essere regolata per aumentare o diminuire l’interferenza.

1915 – Emmy Noether formula il teorema che collega le simmetrie alle leggi di conservazione. Gli esempi più semplici sono la conservazione della quantità di moto nelle traslazioni spaziali, quella del momento angolare nelle rotazioni e dell’energia per le simmetrie temporali

1919 – protone: prima prova sperimentale del modello atomico di Rutherford con il protone di carica positiva.  

1919 – durante un’eclissi solare, Arthur Eddington verifica che la luce emanata da una stella è deviata dalla gravità del sole

1921 – Einstein: “Sulla teoria speciale e generale della relatività“

1922 – effetto Compton: l’urto tra un fotone e un elettrone genera uno scambio di energia. L’elettrone non ha massa ma conserva una quantità di moto. Nel passaggio da fotone incidente a fotone diffuso (urto) cambia la lunghezza d’onda. p = h/v

1922 – Aleksander Fridman formula equazioni che governano l’espansione dell’universo, nel quadro della relatività generale. Le sue equazioni per la curvatura spaziale negativa sono del 1924.

1923 – Compton: natura quantica dei raggi x, conferma che fotone è una particella.

1924 – ipotesi di Louis De Broglie (1892-1987): tutta la materia, e non solo la luce, ha proprietà anche ondulatorie.

Ogni particella si propaga a cavallo di un’onda “pilota” con lunghezza d’onda : λ= h/mv  (quantità di moto d. particella= mv).

Conferma nel 1926/27, diffrazione osservata nei cristalli di nichel con l’esperimento Davisson/Germer.

Nell’esperimento della fenditura è la frequenza dell’impulso che deve essere regolata per aumentare o diminuire l’interferenza.

1925 – Heisenberg, Born e Jordan iniziano a lavorare sulla teoria della meccanica quantistica, ed elaborano le tabelle di numeri (le matrici che Pauli metterà a punto) che incredibilmente spiegano i salti di orbita degli elettroni secondo l’ipotesi di Bohr. Paul Dirac osservando le tabelle di Heisenberg giunge alle stesse conclusioni. La teoria permette anche di calcolare l’intensità della luce emessa.

1925 – principio di esclusione di Wolfang Pauli: due fermioni (p.e. elettroni) identici non possono occupare lo stesso stato quantico.

1925 –  massa ed energia si conservano nei processi atomici (Walther Bothe e Hans Geiger)

1925 – Funzione d’onda. 

1926 – Erwin Schroedinger sviluppa la meccanica ondulatoria.

1926 – Max Born dà un’interpretazione in termini probabilistici della meccanica quantistica.

1926 – Lewis conia il termine fotone per indicare il quanto di luce di Einstein.

1927 – principio di complementarità di Niels Bohr. (1885-1962): nella dimensione subatomica i fenomeni mostrano un duplice aspetto che rende impossibile osservare (misurare) contemporaneamente certe coppie di valori. Ogni aspetto esclude l’altro, ma proprio per questo secondo Bohr sono anche complementari e coesistono.

1927 – principio di indeterminazione di Werner K. Heisenberg (1901-1976):  Osservare significa interagire, ciò preclude la validità rigorosa del principio di causalità.

“misura simultanea di due variabili coniugate, come posizione e quantità di moto o energia e tempo, non può essere compiuta senza una quota di incertezza minima ineliminabile”. È impossibile misurare contemporaneamente le proprietà di un oggetto. 

1927 – Matrici per le operazioni sugli spin di Pauli.

1927 – Georges Lemaitre teorizza il Big Bang avvenuto 13,7 miliardi di anni fa.

1928 ? – L’equazione di Dirac descrive il moto degli elettroni da un punto di vista della relatività quantistica 

1929 – Hubble, assieme a Milton Humason, formula la legge empirica sullo spostamento verso il rosso in rapporto alla distanza, nota come legge di Hubble-Lemaître , la cui interpretazione in termini di velocità di recessione è coerente con le soluzioni di Alexander Friedman e Georges Lemaître delle equazioni di Einstein per uno spaziotempo omogeneo isotropo e in espansione.

1930 – Mare di Dirac: il vuoto sarebbe come un mare infinito di particelle a energia negativa, tali stati saranno in seguito identificati con le antiparticelle. Predice esistenza positrone?

1930 – interpretazione di Copenaghen: Bohr e Heisenberg

1931/33 – Pauli propone l’esistenza di una particella senza massa e senza carica per spiegare lo spettro del decadimento beta (vedi neutrino e Fermi …)

1932 – James Chadwick scopre al Cavendish Laboratory di Cambridge il neutrone.

1932 – Karl Anderson al CalTech scopre il positrone, confermando così la teoria di Dirac.

1933 – premio Nobel a Schrodinger e Dirac

1933 – teoria di decadimento di raggi β e ipotesi di Pauli del neutrino in un articolo di Fermi: introduce i cambiamenti di sapore nelle particelle

1935 – EPR Il paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen: teoria quantistica è incompleta, vi sarebbero variabili nascoste…se considerassimo come impossibile superare la velocità della luce.

criterio di realtà (o di esistenza – una cosa è reale se esiste) esistenza e predicibilità sono concetti collegati

In fisica il realismo locale significa che a) una misurazione rivela una proprietà preesistente nella realtà fisica e b) il rapporto tra due eventi può essere di causa-effetto solo se sono collegati da una catena causale di eventi con velocità minore di quella della luce.

Secondo Einstein la MQ viola il principio di causalità locale,

il principio di causalità locale dice che eventi separati e lontani non possono influenzarsi perché dovrebbero agire ad una velocità superiore a quella della luce.

1935 – entanglement, il gatto di Schrodinger (1887-1961). Sovrapposizione quantistica, stati che sono sovrapposti

1940 – Pauli: Teorema su statistica degli spin 1940 (particelle: fermione con spin semi-intero , bosone intero)

1944 – Negentropy di E. Schrodinger

1947 – i materiali semiconduttivi, come il silicio, le loro proprietà furono sfruttate per realizzare dispositivi elettronici e aprire la strada allo sviluppo dei chip

1951 – David Bohm: Riformulazione della teoria e dell’esperimento mentale EPR.

1960 circa – equazione Wheeler-DeWitt. “funzionale d’onda dell’universo”, (quantizzazione della teoria della relatività generale).

1964 – teorema della disuguaglianza di J. S. Bell: porta conferme contro la teoria fisica locale a variabili nascoste sostenuta dal paradosso EPR: “le raccapriccianti azioni a distanza”, sono reali.

1974 ? – Modello standard delle particelle elementari – John Iliopoulos presenta, per la prima volta in un’elaborazione unitaria, la concezione che sarà nota come Modello Standard.

standard model

modello standard particelle (1970/75)

1978 – la fisica cinese Wu Jianxiong e il collega Tsung-Dao Lee ricevoo il Nobel per aver dato dimostrazione sperimentale della violazione della parità. Proprio dagli esperimenti sulle particelle subatomiche e sul decadimento atomico emerse che esiste un tipo di interazione (quella della forza nucleare debole) che non rispetta la cosiddetta ‘conservazione della parità’.

1990 – prima immagine del telescopio spaziale Hubble 

2008/9 – accensione dell’acceleratore di particelle di Ginevra, Large Hadron Collider, LHC.

2012 – annuncio della scoperta del bosone di Higgs. Scoperta effettuata presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Parte del modello standard afferma che esiste un campo quantico universale che interagisce con le particelle, dando loro le loro masse. Negli anni ’60, fisici teorici tra cui François Englert e Peter Higgs descrissero questo campo e il suo ruolo nel modello standard. È diventato noto come il campo di Higgs e, secondo le leggi della meccanica quantistica, tutti questi campi fondamentali dovrebbero avere una particella associata, che è diventata nota come il bosone di Higgs.

2015 – Misura dell’angolo di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. un parametro chiave nel Modello Standard che descrive come i quark interagiscono tra di loro.

2015 – rilevazione di onde gravitazionali propagate da una coppia di buchi neri che si fondono a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Collaborazione tra LIGO e Virgo.

2018 – rilevamento di neutrini provenienti da una sorgente esterna al sistema solare. Questa scoperta ha confermato l’esistenza di fonti di neutrini ad alta energia nell’universo.

2018 – gli scienziati di misurazione di tutto il mondo hanno votato per cambiare ufficialmente la definizione di un chilogrammo, l’unità fondamentale della massa. Utilizzando una sofisticata bilancia nota come bilancia a crocchette, gli scienziati sono stati in grado di misurare con precisione un chilogrammo in base alla forza elettromagnetica richiesta per sostenerlo. Questa misurazione elettrica potrebbe quindi essere espressa in termini della costante di Planck, un numero originariamente utilizzato da Max Planck per calcolare fasci di energia provenienti dalle stelle.

2021 – annunciata la scoperta di un nuovo tipo di particella chiamato tetraquark.

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Elenco incompleto di fisici, matematici scienziati che hanno contribuito allo sviluppo delle teorie più rivoluzionarie negli ultimi due secoli

J.C. Maxwell (1831-1879)
Ernst Mach (1838-1916, Brno – Monaco)
Max Planck (1858-1947, Kiel – Göttingen)
Albert Einstein (1879-1955, Ulma – Princeton)
Max Born (1882-1970, Breslavia – Göttingen)
Niels Bohr (1885-1962, Copenaghen)
Wolfgang Pauli (1900-1958, Vienna – Zurigo)
Werner Karl Heisenberg (1901-1976, Wurzburg – Monaco d Baviera)
Paul Dirac (1902- 1984, Bristol – Florida)
Erwin Schrodinger (1887-1961, Vienna)
Louis-Victor de Broglie (1892-1987, Dieppe – Louveciennes)
Richard Feynman (1918-1988, New York – Los Angeles)
Pascual Jordan (1902-1980, Hannover – Amburgo)
Georges  Lemaître (1894-1966, Charleroi – Lovanio)

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materiali vari online

Einstein papers fino 1925

esperimenti mentali

Scatola di luce di Einstein (Infn) 

Esperimenti scientifici mentali: da prove di validazione ad elementi di falsificazione. (fisicamente.net  > 2010)

Gli esperimenti mentali di Einstein, CISM_Comini 2018

Dalla freccia di Lucrezio all’ascensore di Einstein: alcune considerazioni sul ruolo degli esperimenti mentali nella scienza, (Rivista di Estetica, 2009, M. Dorato)

Esperimenti mentali con la gravità, Spazio-tempo-luce-energia, M. Diodati 2019

storia e vicende

Introduzione al modello standard – Infn, Cecilia Tarantino, 2018

slide e immagini

Danilo Babusci – 2011 (Infn)

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Copiaincollaquaelà

Paul Dirac: equazione dell’amore (∂+m)ψ=0 secondo la quale, se due sistemi interagiscono tra loro per un certo periodo di tempo e poi vengono separati, non possono più essere descritti come due sistemi distinti, ma diventano un unico sistema.