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"Ma allora dove sono le particelle?" chiese Alice.

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"Ma allora dove sono le particelle?" chiese Alice.

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"Quando parliamo di una situazione, tipo quella degli elettroni che passano attraverso le fessure, la descriviamo con un'ampiezza. Si tratta di qualcosa di simile alle onde che hai visto, e in effetti vien spesso chiamata anche funzione d'onda. L'ampiezza può passare attraverso tutte e due le fenditure, e non è sempre positiva, come una probabilità. La probabilità minima che puoi avere è zero, ma l'ampiezza può essere negativa o positiva, dimodoché parti di traiettorie diverse si possono cancellare o sommarsi e produrre interferenza, di nuovo proprio come con le onde nell'acqua."

[...] "L'ampiezza non ti dice dove le particelle si trovino. Però, se fai il quadrato dell'ampiezza, se cioè la moltiplichi per sè stessa in modo da ottenere un qualcosa di sicuramente positivo, allora essa ti dà una distribuzione di probabilità. Se scegli una posizione qualunque questa distribuzione ti dirà la probabilità di trovarvi una particella quando vai a osservare."

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Fenditura degli elettroni - Alice nel paese dei quanti

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Fenditura degli elettroni - Alice nel paese dei quanti

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[...] "Ecco, vedete: un chiaro effetto di interferenza. Nel caso delle onde nell'acqua avevate ottenuto regioni in cui c'era più o meno moto in superficie. Ora ogni elettrone è andato a colpire una sola posizione, ma la probabilità di scoprire il luogo in cui un elettrone ha colpito varia da una posizione all'altra.
La distribuzione delle differenti intensità d'onda che avete osservato prima è ora rimpiazzata da una distribuzione di probabilità. Con uno o due elettroni una tale distribuzione non è ovvia, ma usando un sacco di elettroni se ne trovano di più nelle regioni di probabilità maggiore."

[...] L'effetto di interferenza si verifica anche quando c'è un solo elettrone presente in ogni istante. Un elettrone da solo può esibire l'interferenza. Può passare attraverso tutte e due le fessure e interferire con sè stesso, se così si può dire."

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Meccanico: " Questo è tutto ciò che c'è veramente da dire sull'interferenza delle onde. Quando due onde si sovrappongono e si combinando una con l'altra, le loro ampiezze fanno altrettanto. In alcuni punti le onde che danno un contributo al fenomeno vanno tutte nella stessa direzione, così i disturbi si sommano e si ottiene un effetto maggiore. In altri vanno invece in direzioni diverse e si cancellano una con l'altra."
Alice: "Ma come fa l'interferenza a funzionare nel mio caso? Con le onde dell'acqua Lei ha detto che c'è un onda più grossa in un posto e più piccina in un altro perchè c'è questa interferenza. Ma io non sono un'onda. Le onde si diffondevano su tutta la superficie, mentre io sono sempre in un solo posto alla volta"
Meccanico: "Un'onda viene diffusa in un'area vasta e in qualunque luogo di quest'area se ne può osservare solo una piccola porzione. L'interferenza può far  sì che in diversi luoghi se ne possa ottenere di più o di meno, ma è sempre solo una piccola parte dell'onda quello che vedi. Una particella, invece, è collocata in un qualche punto. Se guardi in posti diversi, o ci trovi la particella tutt'intera o, semplicemente, lì la particella non c'è per niente."

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Ciascun elettrone parte come una particella, diventa un'onda di potenziale, passa attraverso entrambe le fenditure e interferisce con sè stesso per colpire il muro come una particella.

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Entrando ora nel mondo della fisica quantistica, ci accorgeremo che gli elettroni hanno un comportamento completamente diverso rispetto agli esperimenti fino ad ora osservati.
Questo perché, secondo il nostro modo di vedere le cose (legato quindi più alla fisica classica), l'esperimento di doppia fenditura degli elettroni ottiene risultati in completa opposizione fra loro.
Come è possibile, per degli elettroni, comportarsi sia come particelle che come onde?

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L'esperimento condotto sulle onde è invece diverso;
propagando un'onda verso una sola fenditura, essa colpisce la fenditura e si irradia posteriormente colpendo il muro rivelatore con la massima intensità e direttamente in linea con la fenditura.
Aggiungendo una seconda fenditura, la propagazione cambia: se la cresta di un'onda incontra la valle di un'altra, esse si cancellano a vicenda creando delle interferenze. Le strisce bianche sul muro rivelatore, rivelano appunto la massima intensità delle onde: nella seconda figura, le interferenze hanno creato punti di massima intensità e punti dove non vi è (ovvero le strisce che rimangono blu).

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Sparando palline attraverso una singola fenditura, notiamo come - sullo sfondo rivelatore - si formi una striscia verticale; allo stesso modo, con due fenditure, otteniamo quindi due strisce parallele.

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È difficile accettare che un oggetto possa comportarsi in due modi che, secondo la logica tradizionale, si escludono a vicenda. L'elettrone può essere localizzato come una particella e esteso come un'onda ? Può passare da una fenditura e al tempo stesso dall'altra ? Ma, alla fine dei conti, ha davvero senso ragionare sugli oggetti della meccanica quantistica nel modo con cui ragioniamo sugli oggetti della nostra esperienza quotidiana ?

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Analizzeremo, quindi, l'esperimento delle due fenditure, tenendo conto di:

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Analizzeremo, quindi, l'esperimento delle due fenditure, tenendo conto di:

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1) particelle materiali (palline)
2) onde
3) elettroni

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Qui cerchiamo di spiegare in modo semplice, ma non banale, l'esperimento di interferenza dell'elettrone singolo, per far capire quanto il suo risultato sia sorprendente e capace di mettere in crisi l'immagine intuitiva che abbiamo della realtà.