Fisica quantistica: L’atomo quantistico
ILLUSTRAZIONE: THOMAS POROSTOCKY
Luglio 1913 ha visto il fisico danese Niels Bohr pubblicare il primo di tre documenti che stabiliscono una nuova visione radicale dell’atomo nucleare. La sua idea — un nucleo caricato positivamente inanellato da elettroni in orbite di energie discrete-spiegava le frequenze della luce emessa dall’idrogeno mentre gli elettroni facevano salti tra le orbite. Le regole quantistiche determinavano le energie degli elettroni, prevenendo le instabilità che avevano afflitto i precedenti modelli meccanici di atomi.
Questo numero speciale di Nature esplora l’origine e l’eredità dell’atomo quantico di Bohr, un modello che ha risuonato da allora. Nel 1911, Bohr iniziò un anno post-dottorato in Inghilterra che piantò i semi del suo pensiero. In un Commento a pagina 27, lo storico John Heilbron racconta come le lettere di Bohr a suo fratello Harald e alla sua fidanzata, Margrethe Nørlund, pubblicate quest’anno, illustrino il lavoro dell’intrepido fisico con J. J. Thomson e Ernest Rutherford, e il suo studio dei documenti di John William Nicholson, che presagiva la sua svolta.
La natura caleidoscopica dell’elettrone è illuminata dal fisico Frank Wilczek in un secondo commento (pagina 31). Per la maggior parte degli scopi pratici, gli elettroni si comportano come semplici particelle puntiformi — ma ad alte energie, rivelano i loro costituenti in docce di quark, gluoni e neutrini. I fisici stanno ancora cercando di capire manifestazioni sconcertanti di elettroni come stati accoppiati in superconduttori e frammenti con cariche frazionarie.
Altri ricercatori stanno testando i limiti del modello di Bohr, ad esempio, utilizzando potenti laser a raggi X per spazzare via gli elettroni interni e creare atomi “vuoti”. Una funzione di notizie esplora questi e altri atomi estremi, comprese le forme giganti, superpesanti e antimateria (pagina 22). Tali esplorazioni possono raggiungere limiti di dimensioni atomiche e nucleari, come discutono due fisici in un forum di notizie e opinioni a pagina 40. Selvaggiamente coraggioso e a suo agio con l’ambiguità, anche Bohr avrebbe lottato per anticipare gli impatti della sua visione.