Nel cuore degli atomi

Data pubblicazione: Mar 10, 2011 11:51:5 PM

Dopo aver studiato questa pagina e sul libro a pagg. 54-55, verifica la tua comprensione rispondendo alle domande del presente modulo.

Oggi 15 Marzo 2011 effettuerete degli esperimenti sulla struttura dell'atomo con un macchinario che si trova in un laboratorio in Germania.

Con simili esperimenti esattamente 100 anni fa due scienziati ed uno studente riuscirono a capire come sono fatti gli atomi e come sono sistemate le cariche elettriche al loro interno.

Prima di allora si conoscevano solo gli elettroni. Di queste particelle si sapeva che hanno carica elettrica negativa, che sono migliaia di volte più leggere degli atomi e quindi molto piccole. Ciò era confermato dalla capacità degli elettroni veloci di passare attraverso sottilissime lamine di alluminio.

Da pochi anni si sapeva che gli elettroni erano contenuti negli atomi e da ciò si deduceva che gli atomi, per essere complessivamente neutri, dovevano contenere anche cariche elettriche positive.

Perché non si riusciva a scoprire particelle positive libere come gli elettroni? L'opinione del primo 900 era che fosse impossibile separare particelle positive dagli atomi perché tutto l'atomo era una particella positiva indivisibile e i piccoli elettroni dovevano essere immersi a distanze regolari all'interno di questa sfera di carica positiva.

Le uniche particelle positive note erano quelle emesse da certi particolari atomi radioattivi (Uranio, Torio, Radio) scoperti da poco.

Nei laboratorio di Rutherford, a Manchester si stavano effettuando esperimenti in cui sottilissime lamine di oro e di altri metalli erano attraversate da queste particelle positive e veloci, aventi carica +2 e massa uguale a quella di un atomo di elio: le cosiddette "particelle alfa". Lo stesso Rutherford, nel 1908, aveva ricevuto il Nobel per la chimica per aver dimostrato che le particelle alfa sono atomi di elio con doppia carica positiva.

Data l'elevata velocità di questi proiettili positivi (circa 15000 km al secondo) e l'uniformità della distribuzione della carica positiva, ci si capiva perché tutte le particelle alfa vincessero la repulsione e riuscissero ad attraversare gli atomi della lamina subendo solo piccolissime deviazioni:

Il fascio di particelle alfa, rilevato da una lastra fotografica posta dietro la lamina, produceva una macchia poco più larga e sfumata di quella che si aveva facendo la stessa lastra senza lamina. Le immagini fotografiche però erano sfumate e non permettevano di riconoscere l'impatto delle singole particelle.

Nel 1908 Geiger, introdusse un nuovo metodo, uno schermo fluorescente, per contare le particelle alfa una ad una. Questo nuovo metodo permetteva di vedere se per caso ci fossero particelle alfa deviate ad angoli elevati. Atomi con carica positiva distribuita uniformemente avrebbero causato solo piccole deviazioni e la probabilità di una grande deviazione doveva essere nulla. Sarebbe stato come sparare su un foglio di cartone con una mitragliatrice e osservare grandi deviazioni o addirittura rimbalzi delle pallottole all'indietro. Una cosa impossibile. L'incarico di verificare questo tipo di deviazione fu dato ad uno studente, allora ventenne, Ernest Marsden, nel 1909...

Per vedere come continua la storia facciamo un salto di 1400 km più a nord, al laboratorio del Liceo di Isernhagen, in Germania, ed effettuiamo noi stessi gli esperimenti di 102-100 anni fa, su lamine d'oro o d'alluminio.

http://rcl.physik.uni-kl.de/

ISTRUZIONI PER EFFETTUARE GLI ESPERIMENTI

una volta aperto il sito Remotely Controlled Laboratories (RCLs)

1. cliccare sulla bandiera italiana

2. cliccare sulla scritta RCLs in alto

3. cliccare sulla barra a sinistra su "Esperimento di Rutherford"

4. cliccare su Laboratory

5. Inserire Nome, paese (Italy) indirizzo email nome.cognome@divini.org e cliccare su start experiment

6. Scegliere:

a) Oggetto diffondente (Scattering object, tra Au = Oro = Gold, Al = Alluminio = Aluminium o "-" = nulla = Slit)

b) l'angolo tra la sorgente S e il rivelatore D (in gradi = degrees tra +50 e - 50°)

cliccando su Adjust ogni volta che si cambia l'angolo o il materiale.

Si vedrà ruotare le parti dell'apparecchiatura che si sono cambiate (ciò è abbastanza eccitante, dato che si tratta di un apparato reale che stiamo usando a distanza).

Inserire il tempo di conteggio in secondi, cioè per quanto tempo il rivelatore D conterà le particelle alfa (Time interval, tra 0 e 300 secondi) , quindi su Start per fare una misura.

Conviene scegliere tempi superiori a un minuto solo per angoli superiori a 10 gradi.

Il contatore digitale effettuerà il count down per il tempo impostato in secondi , appena arrivato allo zero, fornirà il dato delle particelle alfa contate durante l'intervallo, cioè il dato che ci interessa.

L'apparecchiatura rimane a nostra disposizione per tutto il tempo desiderato se dopo ogni misura, entro la scadenza dei 5 minuti (guardare in alto Remaining Time to perform experiment) si modifica qualche parametro.

A questo link si apre la presentazione dei risultati dei nostri esperimenti:

Video di youtube raccomandati

http://www.youtube.com/watch?v=ZTii46A-kaU&feature=related (grazie ITIS MAJO per aver doppiato tutto quel vecchio videodisco)

http://www.youtube.com/watch?v=Nd-S4elb6cU&feature=related (Anche se la descrizione è in tedesco ciò che si vede non lascia dubbi. In questo assemblaggio sperimentale ci sono due detector contemporaneamente, uno che registra le particelle che arrivano dal percorso lineare, l'altro che invece è posto a un certo angolo. In assenza di lamina arrivano solo due particelle deviate. Con la lamina d'oro le traiettorie deviate sono molte di più. Il rumore che si sente è quello della pompa da vuoto.)