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Esperimento di Young

esperimento fisico condotto da Thomas Young nel 1801
Schema del fenomeno rappresentato da Young

L’esperimento di Young, realizzato da Thomas Young nel 1801, è un esperimento fisico che dimostrò la natura ondulatoria della luce.

Esperimento originaleModifica

 
Due onde cilindriche partono dai quadrati rossi: a causa dell'interferenza, i punti neri sullo schermo non ricevono mai luce, mentre quelli rossi avranno intensità massima

Si basa su una singola sorgente che illumina uno schermo opaco con due fenditure parallele (poste a distanza  ) di larghezza sufficientemente piccola in confronto alla lunghezza d'onda   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   una figura di 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  .

A grandissima distanza dalle fenditure ( ), le rette che congiungono le fenditure con un certo punto   sullo schermo sono all'incirca parallele, e formano un angolo   con la normale della congiungente le fenditure stesse, e la differenza di cammino ottico è con buona approssimazione  . Sullo schermo si verifica quindi interferenza costruttiva quando   (con   modulo del vettore d'onda ed   che indica l'ordine di tale massimo), ovvero quando è soddisfatta la condizione

 

dove   indica l'angolo in corrispondenza del quale si ha il massimo d'interferenza. In modo completamente analogo si otterrà un'interferenza distruttiva quando  , cioè

 

Infine, per angoli "piccoli" ( ), e quindi anche   piccoli, si può ricavare la distanza tra il punto mediano dello schermo ed i punti di massimo:

 

Infatti

 

Esperimenti con doppia fenditura "alla Young"Modifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Esperimento della doppia fenditura.

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.

BibliografiaModifica

  • 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.

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