Schema del fenomeno rappresentato da Young
In fisica l'esperimento di Young , realizzato da Thomas Young nel 1801 , dimostrò la natura ondulatoria della luce .
Esperimento originale
Due onde cilindriche partono dai quadrati rossi: a causa dell'interferenza, i punti neri sulla destra non ricevono mai luce, mentre quelli rossi hanno intensità massima
Si basa su una singola sorgente che illumina uno schermo opaco con due fenditure parallele (poste a distanza
d
{\displaystyle d}
) di larghezza sufficientemente piccola in confronto alla lunghezza d'onda
λ
{\displaystyle \lambda }
della luce incidente. In questo modo, per il principio di Huygens , le fenditure diventano due sorgenti lineari di luce coerente che generano su uno schermo posto a distanza
L
{\displaystyle L}
una figura d'interferenza formata da bande alternatamente scure e luminose.
A grande distanza i due raggi luminosi sono pressoché paralleli, per cui la differenza di cammino ottico fra essi corrisponde al tratto
Δ
{\displaystyle \Delta }
.
A grandissima distanza dalle fenditure (
L
≫
d
{\displaystyle L\gg d}
), le rette che congiungono le fenditure con un certo punto
P
{\displaystyle P}
sullo schermo sono all'incirca parallele e formano un angolo
ϑ
{\displaystyle \vartheta }
con la normale della congiungente le fenditure stesse; la differenza di cammino ottico è con buona approssimazione
Δ
≃
d
sin
ϑ
{\displaystyle \Delta \simeq d\sin {\vartheta }}
. Sullo schermo si verifica quindi interferenza costruttiva quando
k
Δ
=
2
m
π
{\displaystyle k\Delta =2m\pi }
(con
k
=
2
π
λ
{\displaystyle k={\frac {2\pi }{\lambda }}}
modulo del vettore d'onda ed
m
∈
Z
{\displaystyle m\in \mathbb {Z} }
che indica l'ordine di tale massimo), ovvero quando è soddisfatta la condizione
sin
ϑ
m
a
x
=
m
λ
d
{\displaystyle \sin {\vartheta _{max}}={\frac {m\lambda }{d}}}
dove
ϑ
m
a
x
{\displaystyle \vartheta _{max}}
indica l'angolo in corrispondenza del quale si ha il massimo d'interferenza. In modo completamente analogo si otterrà un'interferenza distruttiva quando
k
Δ
=
π
+
2
m
π
{\displaystyle k\Delta =\pi +2m\pi }
, cioè
sin
ϑ
m
i
n
=
(
2
m
+
1
)
λ
2
d
{\displaystyle \sin {\vartheta _{min}}=(2m+1){\frac {\lambda }{2d}}}
Infine, per angoli "piccoli" (
ϑ
∼
sin
ϑ
∼
tan
ϑ
{\displaystyle \vartheta \sim \sin {\vartheta }\sim \tan {\vartheta }}
), e quindi anche
m
{\displaystyle m}
piccoli, si può ricavare la distanza tra il punto mediano dello schermo ed i punti di massimo:
y
m
a
x
≃
m
λ
L
d
{\displaystyle y_{max}\simeq {\frac {m\lambda L}{d}}}
Infatti
y
m
a
x
=
L
tan
ϑ
m
a
x
∼
L
sin
ϑ
m
a
x
∼
L
m
λ
d
{\displaystyle y_{max}=L\tan {\vartheta _{max}}\sim L\sin {\vartheta _{max}}\sim L{\frac {m\lambda }{d}}}
Esperimenti con doppia fenditura "alla Young"
Per analogia, esperimenti simili svolti in altri campi della fisica per lo studio di fenomeni di interferenza , in cui un fascio di particelle (ad es. elettroni ) viene fatto passare da due o più fenditure, si indicano con il termine di "esperimenti alla Young".
Il verificarsi dell'interferenza anche utilizzando fasci corpuscolari confermò il dualismo onda-particella , aspetto fondamentale della meccanica quantistica .
Bibliografia
Richard P. Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter , Princeton University Press, 1988, ISBN 0-691-02417-0 .
Philipp Frank, Philosophy of Science , Prentice-Hall, 1957.
John Gribbin, Q is for Quantum: Particle Physics from A to Z , Weidenfeld & Nicolson, 1999, ISBN 0-7538-0685-1 .
A.F. and Edwin F. Taylor French, An Introduction to Quantum Physics , Norton, 1978, ISBN 0-393-09106-6 .
Brian Greene, The Elegant Universe , Vintage, 2000, ISBN 0-375-70811-1 .
Brian Greene, The Fabric of the Cosmos , Vintage, 2005, ISBN 0-375-72720-5 .
Tony Moy, The New Quantum Universe , Cambridge University Press, 2003, ISBN 0-521-56457-3 .
Francis Weston Sears, Optics , Addison Wesley, 1949.
Paul Tipler, Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics , 5th ed., W. H. Freeman, 2004, ISBN 0-7167-0810-8 .
Voci correlate
Altri progetti
Collegamenti esterni
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The Double Slit Experiment , su physicsweb.org .
Double-Slit in Time , su physicsweb.org .
Keith Mayes explains the Double Slit Experiment in plain English , su thekeyboard.org.uk .
Carnegie Mellon department of physics, photo images of Newton's rings , su physdemo.phys.cmu.edu . URL consultato il 2 ottobre 2008 (archiviato dall'url originale il 3 aprile 2009) .
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Java demonstration of Young's double slit interference , su vsg.quasihome.com .
Double-slit experiment animation (GIF ), su homepage.univie.ac.at .
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Freeview video 'Electron Waves Unveil the Microcosmos' A Royal Institution Discourse by Akira Tonomura provided by the Vega Science Trust , su vega.org.uk .
Movie showing single electron events build up to form an interference pattern in the double-slit experiments. (File size = 3.8 Mb)(Movie Length = 1m 8s) (WMV ), su hqrd.hitachi.co.jp . URL consultato il 2 ottobre 2008 (archiviato dall'url originale il 27 novembre 2007) .
Hitachi website that provides background on Tonomura video and link to the video , su hqrd.hitachi.co.jp . URL consultato il 2 ottobre 2008 (archiviato dall'url originale il 25 luglio 2008) .
"Single-particle interference observed for macroscopic objects" , su physorg.com .
Huygens and interference , su acoustics.salford.ac.uk . URL consultato il 2 ottobre 2008 (archiviato dall'url originale il 28 ottobre 2007) .
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Caltech: The Mechanical Universe, chapter 50 – Particles and Waves , su video.google.com (archiviato dall'url originale il 9 aprile 2009) .