Nottolino quantistico: differenze tra le versioni

Versione delle 16:47, 23 mar 2014

Versione attuale delle 14:56, 17 apr 2025

(9 versioni intermedie di 8 utenti non mostrate)

Riga 2:

==Nottolini termici==

[[Image:Feynman ratchet.png|right|300px|thumb|Schema di un [[nottolino browniano]]]]

{{vedi anche|Nottolino browniano}}

[[Image:Feynman ratchet.png|right|300pxupright=1.4|thumb|Schema di un [[nottolino browniano]]]]

I [[Nottolino browniano|nottolini browniani]], o termici, hanno una lunga storia in fisica. In una conferenza, il [[Premio Nobel per la fisica]] [[Richard P. Feynman]] si occupò di descrivere il funzionamento teorico di un ''nottolino browniano'', e di spiegare l'impossibilità di generare, con tale meccanismo, un [[moto perpetuo]].

Riga 11:

Gli urti nel verso corretto, se sufficientemente potenti, fanno compiere lo scatto di un dente al meccanismo. Gli urti nel verso opposto, invece, sono inefficaci a produrre un movimento, perché vengono sempre ostacolati dal dente di arresto. Tuttavia, questo contrasto genera calore, e ben presto il sistema formato dalla molla e dal dente diventa così caldo da non poter più ostacolare nulla: la ruota resta alla mercé del [[moto browniano]].

Non è dunque possibile utilizzare una tale macchina per il moto perpetuo, in accordo con il [[secondo principio della termodinamica|secondo principio]] della [[termodinamica]].

==Nottolini browniani funzionanti==

Riga 21:

Alcuni esempi di meccanismi del genere sono le [[Pompa ionica|pompe ioniche]] cellulari:

queste consistono, di solito, in una [[proteina]] a forma di imbuto, che alterna una configurazione a canale chiuso, in cui lo ione è fortemente accoppiato al canale, a una a canale aperto, in cui lo ione interagisce debolmente con il canale. Il moto browniano delle molecole è allora

sufficiente a spingere lo ione in senso contrario al [[Gradiente (funzione)|gradiente]] elettrochimico. Il passaggio da uno stato all'altro viene effettuato, di solito, grazie alla combustione di una molecola di [[Adenosina trifosfato]] (ATP).

==Simulazione di nottolino termico==

Riga 29:

Ad esempio:

<center>

{| border=1 width="40%"

|- align ="center"

| '''Mossa''' || '''Bianco''' || style="color:white; background-color: black"| '''Nero'''

|- align ="center"

| Avanti || 7, 11 ||style="color:white; background-color: black"| 11

Riga 38 ⟶ 37:

| Indietro || 2, 3, 12 ||style="color:white; background-color: black"| 2, 4, 12

|}

</center>

Lanciando 2 dadi, abbiamo 6 possibilità che venga 7, 2 che esca 11, 1 per il 12 e il 2, 2 per il 3, 3 per il 4.

Riga 49 ⟶ 47:

Supponiamo ora di avere un altro insieme di regole:

<center>

{| border=1 width="40%"

|- align ="center"

Riga 58 ⟶ 55:

| Indietro || 2, 4, 12 || style="color:white; background-color: black"| 2, 3, 12

|}

</center>

Le probabilità di vittoria sono le stesse. Ora facciamo intervenire il processo casuale: applichiamo ora le une o le altre regole ogni volta in base al risultato del lancio di una moneta (testa o croce). Se ricalcoliamo le probabilità di vittoria, risultano allora il prodotto della media delle mosse in avanti dal bianco per quelle di mosse in avanti dal nero:

Riga 71 ⟶ 67:

===Listato C++ per un programma di simulazione===

È possibile simulare il processo attraverso un [[algoritmo]]. Il seguente listato è un programma in [[C++]] che simula 100.000 partite al gioco, con

una serie di 30 caselle (per modificare questi parametri, basta cambiare i valori delle variabili <ttcode>partite_da_giocare</ttcode> e <ttcode>Dimensione</ttcode>).

Si può sperimentare che si ottiene la vittoria circa 71 volte su 100, anche se si parte dalla casella 15, in cui bastano 14 passi per perdere mentre ne servono 15 per vincere.

<sourcesyntaxhighlight lang=cpp>

/* codice */

/* Copyright BlakWolf 2004 */

Riga 242 ⟶ 238:

/* fine codice */

</syntaxhighlight>

</source>

==Realizzazione di nottolini quantistici==

[[ImmagineFile:Nottolino_quantico.jpg|thumb|upright=1.4|Nottolino quantistico]]

Spostando il discorso sul piano della [[fisica quantistica|fisica dei quanti]], i componenti di un nottolino quantistico diventano l'[[interferenza (fisica)|interferenza]] tra le [[equazione di Schrödinger|funzioni d'onda]], la [[quantizzazione (fisica)|quantizzazione]] dei livelli energetici e l'[[effetto tunnel]].

Linke e i suoi colleghi hanno utilizzato allo scopo dei punti quantici triangolari. Questi consistono in [[Buca di potenziale|buche di potenziale]], in cui gli [[elettrone|elettroni]] hanno difficoltà a passare per il vertice.

Ad alta [[temperatura]], gli elettroni si comportano all'incirca come nottolini browniani, in modo simile agli ioni nelle pompe molecolari: sottoposti ad un [[potenziale elettrico|potenziale]] oscillante, fluiscono dal vertice e generano dunque una corrente anche se il potenziale medio è nullo. A bassa temperatura, invece, il meccanismo si comporta come un nottolino quantistico: gli elettroni fluiscono dai lati del [[triangolo]] in quanto il [[Barriera di potenziale|gap di energia]] necessario a superare l'ostacolo per [[effetto tunnel]] è minore in quella direzione.

==Utilizzi pratici==

=== Motori molecolari ===

Realizzare [[Motore molecolare|motori di dimensioni molecolari]] richiede un ripensamento del concetto di funzionamento: nei motori macroscopici, l'energia viene utilizzata per produrre un movimento utile al motore, mentre in campo molecolare si devono bloccare quelli inutili nel caos delle agitazioni termiche o delle interferenze probabilistiche.

Riga 268 ⟶ 264:

{{portale|chimica|fisica|ingegneria|Quantistica}}

[[Categoria:Meccanica quantistica]]