Nottolino quantistico: differenze tra le versioni

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Nel [[2001]], Heiner Linke, [[fisico]] [[Germania|tedesco]] dell'[[Università di Lund]], è riuscito a realizzare un '''nottolino quantistico''', vale a dire un esperimento scientifico in grado di creareestrarre una corrente di elettroni a partire da un potenziale medio nullo. Questo risultato, a prima vista paradossale, può essere spiegato con semplici regole di matematica. Vediamo prima alcuni concetti necessari a comprendere come sono possibili meccanismi di questo tipo.

==Nottolini termici==

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

I nottolini browniani, o termici, hanno una lunga storia in fisica. In una sua conferenza, il Premio Nobel per la fisica [[Richard P. Feynman]] descrive un ''nottolino browniano'', e spiega il perché tale meccanismo non può generare il [[moto perpetuo]].

{{vedi anche|Nottolino browniano}}

I [[Nottolino browniano|nottolini browniani]], o termici, hanno una lunga storia in fisica. In una sua conferenza, il [[Premio Nobel per la fisica]] [[Richard P. Feynman]] descrivesi occupò di descrivere il funzionamento teorico di un ''nottolino browniano'', e spiegadi ilspiegare perchél'impossibilità taledi meccanismogenerare, noncon puòtale generaremeccanismo, ilun [[moto perpetuo]].

Il [[Nottolino browniano|nottolino di Feynman]] consiste in una [[ruota dentata]], una [[molla]], un

dente d'arresto, un asse conmunito delledi pale. L'asse si collega alla ruota

dentata, la quale viene tenuta in posizione dal dente e dalla molla. I

denti della ruota sono arcuati, in maniera da consentire la rotazione in

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immerso in un gas.

L'[[agitazione termica]] delle molecole di gas le fa urtare contro le pale.

Gli urti nel verso corretto, se sufficientemente potenti, fanno scattarecompiere lo scatto di un dente al meccanismo. Gli urti nel verso opposto, 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 molla

di un dente il meccanismo. Nel verso opposto vengono ostacolati dal dente

e dente sonodiventano talmente caldi da non poter più ostacolare nulla, e: la

di arresto. Tuttavia questo contrasto genera calore, e ben presto molla

e dente sono talmente caldi da non poter più ostacolare nulla, e la

ruota resta alla mercé del [[moto browniano]].

Non è dunque possibile utilizzare una tale macchina per il moto

perpetuo, in accordo aicon i [[principi della termodinamica]].

==Nottolini browniani funzionanti==

Tuttavia, esiste un metodo per riuscire a ricavare un lavoro

dall'[[agitazione termica]], a patto di accettare, qualche volta, di compiere

un lavoro opposto, e di fornire comunque energia al sistema

dall'esterno in maniera casuale.

ComeUn èrequisito possibile? L'importante è avere una struttura con un andamento di

potenziale a dente di sega, in cui la distanza tra un massimo e il

minimo successivo sia minore che nel verso opposto. Inoltre, deve essere

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

queste solitamente consistono di una [[proteina]] a forma di imbuto, che alterna

una configurazione a canale chiuso, in cui lo ione è fortemente accoppiato

al canale, ada 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

elettrochimico. Il passaggio da uno stato all'altro viene solitamente

effettuato grazie alla combustione di una molecola di [[ATP]].

==Simulazione di nottolino termico==

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

PerÈ ipossibile piùsimulare increduli,il eccoprocesso 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(per modificare questi parametri, basta

cambiare i valori delle variabili <tt>partite_da_giocare</tt> e <tt>Dimensione</tt>).

OtteniamoSi può sperimentare che si ottiene la vittoria circa 71 volte su 100, puranche se si partendoparte dalla casella

15, in cui bastano 14 passi per perdere ementre ne servono 15 per vincere.

<source lang=cpp>

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

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

Linke e i suoi colleghi hanno utilizzato allo scopo dei punti quantici triangolari. Questi consistono

in buche di potenziale, in cui gli [[elettrone|elettroni]] hanno difficoltà a passare per il vertice.

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*[[Nottolino browniano]] o [[nottolino termico|termico]]

{{portale|Fisicachimica|fisica|ingegneria|Quantistica}}

[[Categoria:Meccanica quantistica|Nottolino quantistico]]