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Cosa sono i fotoni?

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I fotoni, le particelle di luce, fanno molto di più che illuminare. Il telefono cellulare, il router Wi-Fi di casa, le cuffie wireless, persino il corpo umano: tutti emettono e ricevono fotoni. Sono il veicolo dell’elettromagnetismo, una forza fondamentale della natura su cui si basa gran parte della nostra attuale tecnologia. Inoltre, sono anche fotoni – che non si vedono – quelli che percepiamo in una carezza.

Il fotone prodigioso

La forza elettromagnetica è una delle quattro interazioni fondamentali della natura ed è sperimentata solo da quelle particelle che hanno una carica elettrica: protoni (con carica elettrica positiva) ed elettroni (con carica elettrica negativa).

Funziona in modo simile a una conversazione WhatsApp tra una coppia di adolescenti. In questo caso la coppia è formata da due particelle elettricamente cariche che comunicano tra loro. Più i messaggi vengono inviati velocemente, più energia elettromagnetica scambiano e maggiore è la forza elettromagnetica che sperimentano.

Gli adolescenti possono essere due protoni, due elettroni o una coppia composta da un protone e un elettrone . Se condividono la stessa carica elettrica, la forza che sperimenteranno quando si scambiano messaggi sarà la repulsione. D’altra parte, se i nostri adolescenti hanno una carica elettrica diversa (un protone e un elettrone), la forza che sperimenteranno per scambiarsi messaggi sarà l’attrazione.

Il fotone è una particella quantistica elementare e priva di massa responsabile del trasporto di energia elettromagnetica tra particelle elettricamente cariche. Nella nostra metafora, svolge il ruolo di un messaggio WhatsApp.

Dove trovarli

Qualsiasi particella nel mondo quantistico può essere descritta matematicamente da un’onda simile a quella prodotta in uno stagno d’acqua quando lanciamo un sasso. Se entriamo nello stagno e restiamo fermi in un punto fisso, possiamo calcolare l’altezza delle onde (ampiezza dell’onda) e il numero di volte in cui queste onde ci raggiungono ogni secondo (frequenza dell’onda: oscillazioni al secondo).

Identicamente il fotone è un’onda caratterizzata dalla sua ampiezza e frequenza, ma con la particolarità di viaggiare nello spazio vuoto all’incredibile velocità di circa 300.000 chilometri al secondo. Sì, è la velocità della luce.

Ciò che chiamiamo luce è una combinazione di molti fotoni (onde elettromagnetiche) che hanno frequenze visibili all’occhio umano. Queste frequenze sono quelle associate ai colori e sono comprese tra 400.000.000.000.000 e 800.000.000.000.000 di oscillazioni al secondo.

I fotoni che si vedono

Nella nostra tecnologia questi fotoni che si vedono vengono emessi nella luce domestica, con lampadine tradizionali o lampadine a LED. E sono anche quelli che vengono trasmessi sullo schermo di un televisore, di un computer, di un tablet o di un cellulare; quelli che colorano i fuochi d’artificio; oppure quelle di un puntatore laser utilizzato durante una presentazione PowerPoint.

Tuttavia i fotoni possono avere anche frequenze non visibili all’occhio umano. Sono i fotoni che non si vedono e si trovano nelle onde elettromagnetiche come quelle prodotte dall’antenna di un cellulare, quelle di un microonde, quelle emesse dalle cuffie wireless, quelle del router Wi-Fi o quelle coinvolte in una risonanza magnetica in un ospedale.

Toccare non è veramente toccare

Il nostro corpo emette anche fotoni invisibili. Ogni volta che proviamo a toccare qualcosa come la superficie di un tavolo, gli elettroni nelle nostre mani si avvicinano agli elettroni sulla superficie del tavolo e iniziano a interagire tra loro seguendo lo schema della conversazione WhatsApp tra adolescenti.

Quando gli elettroni delle nostre mani e quelli del tavolo sono abbastanza vicini, i fotoni che non si vedono iniziano ad essere inviati a tutta velocità. La quantità di fotoni scambiati è così grande che la forza elettromagnetica di repulsione generata impedisce agli elettroni che abbiamo in mano di toccare gli elettroni sul tavolo. Quindi non siamo mai riusciti a toccare nulla.

Forse dovremmo ringraziare questi fotoni invisibili. Forse sono la ragione per cui gli esseri umani hanno sviluppato la meravigliosa capacità di sentire senza bisogno di toccare.