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La “bellezza” di due esperimenti che hanno consentito l’attuale conoscenza della materia

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Trento, 29 ottobre 2019. – di Luigi Cozzolino

Ormai, i tempi mitici nei quali una sola persona, una o al massimo due menti, in modo artigianale, riuscivano a compiere grandi scoperte sono definitivamente tramontati. Pensiamo a Marconi, a Volta, a Faraday a Newton ecc.ecc..oggi equipe di studiosi utilizzando attrezzature sofisticate ed altamente tecnologiche riescono a dimostrare l'esistenza dei leptoni, fermioni, bosoni, ecc.ecc., con acceleratori di particelle riescono a studiare, bosoni, quark, neutrini.

Tali team di esperti scoprono nuovi pianeti attraverso i cambiamenti di luce dello stesso a miliardi di chilometri di distanza dalla nostra Terra,non solo, questi scienziati utilizzando supercomputer veloci riescono a fare calcoli che nessuna mente umana riuscirebbe in poco tempo.

Ai tempi dei pionieri si usava carta e penna con lunga perdita di tempo solo per fare calcoli.

La " bellezza " di questi due esperimenti, sono la semplicità è la genialità, gli esperimenti riguardano la scoperta dell'elettrone e la scoperta del nucleo dell'atomo, quindi alla definitiva conoscenza dell'atomo e di conseguenza della materia.

Queste due approfondimenti sull'essenza della materia fanno capo rispettivamente a Thomson ed a Rutherford.

Thomson

Nato a Cheetham nei pressi di Manchester, il 18 dicembre del 1856 da genitori scozzesi, studiò ingegneria all'Owens College (oggi parte dell' Università di Manchester), e al Trinity College di Cambridge.Nel 1884 diventa Cavendish Professor in fisica all' Università di Cambridge.
Nel 1912 realizzò il primo spettometro di massa (allora chiamato parabola spettrografica), uno strumento che consentiva di determinare il rapporto tra la massa e la carica degli ioni e che da allora è diventato uno strumento molto utilizzato nella chimica.

Rutherford

Rutherford nacque a Spring Grove (ora Brightwater), vicino a Nelson in Nuova Zelanda. Studiò al Nelson College e al Canterbury College, conseguendo tre diplomi e due anni di ricerche in prima linea nella tecnologia elettrica.
Nel 1895 Rutherford si trasferì in Inghilterra per studi post-laurea presso il Laboratorio Cavendish, iscrivendosi al Trinity College, presso l' Università di Cambridge (1895-1898). Durante la sua investigazione della radioattività coniò i termini raggi alfa e raggi beta.
Mentre lavorava con Niel Bohr, Rutherford per primo ipotizzò l'esistenza di particelle nucleari neutre, i neutroni, che, aumentando le forze nucleari attrattive, potevano compensare l'effetto repulsivo delle cariche elettriche positive dei protoni, impedendo così ai nuclei degli atomi pesanti di disintegrarsi.
Questi due Nobel hanno reso possibile osservare gli atomi senza vederli con due singolari attrezzature, Tubo di Thomson (derivato da quello di Crookes) e Strumento per il bombardamento di un sottile foglia d'oro con particelle alfa.

Thompson con lo strumento in figura (foto 1) riuscì a dimostrare sperimentalmente l'elettrone , infatti quando viene data tensione ai capi dell'anodo positivo ed del catodo negativa un raggio di luce colpisce lo schermo e lo illumina.
Se al tubo applichiamo un magnete o onde elettromagnetiche il fascio di luce viene deviato verso il basso o verso l'alto, lo stesso succede se applichiamo un campo elettrico, se c'è elettricità positiva il raggio verrà attratto verso il basso quando applichiamo una polarità negativo il raggio verrà respinto verso l'alto .
La stessa cosa succede con un campo magnetico gli elettroni si sposteranno verso l'alto o verso il basso a seconda della polarità Nord o Sud avendo così conferma che il fascio di luce è costituito da particelle chiamate di elettroni.

L'esperimento della figura (foto 2) invece riguarda la scoperta del nucleo dell'atomo dovuta a Rutherford il quale con questo semplice esperimento riuscì a capire la struttura dell'atomo.
La sorgente radioattiva è formata da un involucro di piombo con al centro Elio che emette raggi gamma questi raggi sono molto veloci e potenti, i raggi alfa colpiscono una lamina d'oro la stragrande quantità di raggi passa attraverso la lamina e non viene deflessa, invece alcuni raggi gamma tornano indietro.
In pratica quando i raggi alfa riescono, pochissime volte, a colpire qualcosa di duro vengono respinti e tornano indietro Rutherford si rese conto che questa cosa era il nucleo dell'atomo.
L' atomo è soprattutto formato dal vuoto, se il nucleo ha grandezza di una arancia l'elettrone, grande come un granello di sabbia, si trova a circa 1 chilometro di distanza, inoltre, per renderci conto dell'immenso vuoto dell' atomo basti pensare che se riuscissimo ad eliminare il vuoto dagli atomi di 5000 navi da crociera otterremo un oggetto grande come una arancia della massa di 5000 navi.

Le scoperte di Thomson e di Rutherford hanno consentito poi ai ragazzi di via Panisperna di effettuare, a loro insaputa, la prima fissione nucleare.
In seguito, con lo scoppio della seconda guerra mondiale con il progetto Manhattan, gli USA costruiranno , sulla base delle conoscenza acquisite da Thomson e Rutherford la prima atomica.

In anni più recenti, invece, queste conoscenze hanno consentito l'esplorazione del corpo umano con Tac, Risonanza magnetica, Pet, endoscopie, ecografie e tante altre attrezzature mediche e scientifiche che funzionano perché abbiamo capito come è fatto l'atomo grazie a questi due semplici esperimenti.

La “bellezza” di due esperimenti che hanno consentito l’attuale conoscenza della materia

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