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Lessico

sm. [dal tedesco Quantum, attraverso il latino scientifico quantum].

1) Quantità.

2) Nelle telecomunicazioni, intervallo di quantizzazione.

3) In fisica, parte indivisibile di grandezza fisica, generalmente energia, emessa o assorbita da un sistema o propagantesi nello spazio. Il quanto del campo elettromagnetico è il fotone, definito dalla relazione E=hf, in cui h è la costante di Planck, E è l'energia associata al fotone e f è la frequenza della radiazione corrispondente.

Fisica: cenni storici

Alla fine del sec. XIX tutti i fenomeni fisici erano inquadrati come fenomeni meccanici, o come fenomeni elettromagnetici, o erano a questi riconducibili. La distinzione fra natura ondulatoria e corpuscolare, rispettivamente delle radiazioni elettromagnetiche e della materia, risultava ben definita. Tale distinzione entrò però in crisi con gli studi sullo spettro del corpo nero e sulla struttura atomica. Nello studio dello spettro del corpo nero, l'ipotesi nuova dovuta a Planck (1899) è che quando nella materia avviene un processo di emissione o di assorbimento di radiazione, l'evento si realizza con una successione discreta di atti elementari in ognuno dei quali la quantità di energia E emessa o assorbita è sempre la stessa ed è legata alla frequenza dalla relazione E=hf. La struttura granulare dell'energia nei fenomeni di emissione e assorbimento ebbe conferme quando riuscì a dar conto delle modalità dell'effetto fotoelettrico (Einstein, 1905) e consentì di spiegare i valori sperimentali dei calori specifici dei solidi (A. Einstein e P.J.W. Debye, 1907-12). La quantizzazione dell'energia, infine, diede un contributo decisivo all'interpretazione della struttura atomica. Gli studi sulla struttura atomica iniziati da N.E. Rutherford avevano condotto a un modello in cui risultarono però inconciliabili le leggi della fisica classica e l'esperienza. Infatti gli elettroni, immersi nel campo coulombiano del nucleo e rotanti intorno a esso, dovrebbero, secondo le leggi classiche, irraggiare onde elettromagnetiche di frequenza pari alla frequenza di rivoluzione orbitale, con conseguente graduale diminuzione dell'orbita, instabilità dell'atomo ed emissione di onde a spettro continuo, anziché a righe costanti caratteristiche per ogni elemento, come è dimostrato dall'esperienza. Si conoscevano infatti gli spettri dell'idrogeno e le relative righe spettrali raggruppate in 4 serie, di Lyman (ultravioletto), Balmer (visibile), Paschen (infrarosso) e Brackett (infrarosso), legate dalla relazione

che fu interpretata da N.H.D. Bohr e in cui RH è una costante detta costante di Rydberg e n e sono interi positivi. Bohr postulò, ispirandosi all'ipotesi quantistica di Planck, che: A) un sistema atomico può esistere solo in determinati stati stazionari o stati quantici con determinati valori discreti di energia E e in tali stati non irraggia; l'emissione e l'assorbimento di radiazione sono prodotti dalla transizione da uno stato energetico all'altro e l'energia della radiazione eguaglia la differenza di energia fra i due stati interessati; B) la frequenza f della radiazione che è emessa nella transizione è data da E-E´=hf con E ed energie degli stati iniziale e finale. Nel 1923 la scoperta, durante la diffusione di raggi X da parte della materia, di componenti con lunghezza d'onda maggiore della radiazione incidente (effetto Compton) consentì l'osservazione di eventi elementari consistenti in urti fra elettroni e fotoni, confermando ulteriormente l'ipotesi corpuscolare della radiazione elettromagnetica. La frattura introdotta nella fisica del sec. XIX dalla teoria di Planck doveva accentuarsi con la formulazione della meccanica ondulatoria di E. Schrödinger (1926), che descrive lo stato fisico di una particella materiale tramite una funzione d'onda e prevede per le particelle comportamenti analoghi a quelli delle onde. Il dualismo onda-corpuscolo divenne una caratteristica comune a tutti i protagonisti dei fenomeni a livello atomico. La nuova meccanica, che inquadra in un formalismo matematico coerente con i fatti sperimentali la quantizzazione delle variabili fisiche che descrivono gli enti del mondo atomico e subatomico, è la meccanica quantistica.

Bibliografia

L. I. Schiff, Meccanica quantistica, Torino, 1952; P. A. M. Dirac, Principi della meccanica quantistica, Torino, 1959; W. Heisenberg, I principi fisici della teoria dei quanti, Torino, 1962; B. Tonschek, Sull'inseguimento della teoria dei quanti, Roma, 1975; B. Carezza, G. P. Guidetti, Origini della teoria dei quanti, Parma, 1990.