Concetti Chiave
- Due elettroni interagiscono scambiando un fotone virtuale, modificando velocità e direzione senza contatto diretto.
- Il fotone virtuale esiste per un tempo brevissimo Δt, e non può apparire libero senza violare i principi di conservazione.
- La distanza percorsa dal fotone virtuale, chiamata raggio di interazione, è calcolata come r = cΔt = 2,0x10(-13) m.
- Una minore energia del fotone scambiato aumenta la durata temporale dell'interazione e la distanza percorsa, secondo il principio di indeterminazione.
- Il raggio di azione della forza elettromagnetica è infinito, distinto dal raggio di interazione di un processo specifico.
Interazione tra elettroni
L'ipotetico diagramma illustra lo svolgersi di un urto fra due elettroni. Il Primo elettrone, nell'istante in cui si trova in un punto A, emette un fotone che viene successivamente assorbito dal secondo elettrone in un diverso punto B. Entrambe le particelle cariche modificano la loro velocità e la loro direzione senza entrare in contatto, ma mediante lo scambio del fotone: potrebbero essere paragonate a due giocatori che si tirano una palla.
Durata dell'interazione
La durata temporale Δt dell'interazione elettromagnetica fra i due che sia 1 MeV 1,6 • 10-13 J (fotoni di tale energia appartengono alla radiazione y), dal principio di indeterminazione di Heisenberg segue che Δt = 6,6 x 10(-22) s.
Il fotone virtuale che media il processo considerato esiste solamente per il brevissimo tempo Δt e, a differenza dei fotoni che costituiscono la radiazione elettromagnetica, non può apparire allo stato libero. Altrimenti, in corrispondenza di ciascuno dei vertici A e B sarebbero violati i principi di conservazione dell'energia e della quantità di moto, che vengono invece rigorosamente rispettaci nel processo complessivo di interazione fra i due elettroni.
Raggio di interazione
La distanza r che un fotone virtuale percorre prima di essere riassorbito è chiamata raggio di interazione. Essendo c la velocità del fotone, nel caso in esame si trova: r=cΔt= 2,0x10(-13) m
Minore è l'energia del fotone scambiato durante un'interazione elettro magnetica fra due particelle cariche, maggiore è, per il principio di indeterminazione, la durata temporale dell'interazione stessa e maggiore è la distanza r. Quindi, poiché l'energia relativistica del fotone, privo di può tendere a zero (anche se non può essere esattamente nulla), non esiste alcun limite superiore al raggio di interazione. Questo risultato è compatibile con quanto inizialmente affermato: che il raggio di azione della forza elettromagnetica, da non confondersi con il
raggio di interazione di uno specifico processo, è infinito.
Domande da interrogazione
- Cosa illustra il diagramma ipotetico riguardo l'interazione tra elettroni?
- Qual è la durata dell'interazione elettromagnetica tra due elettroni?
- Come si definisce il raggio di interazione e quali sono le sue implicazioni?
Il diagramma ipotetico illustra un urto tra due elettroni, dove il primo emette un fotone che viene assorbito dal secondo, modificando velocità e direzione senza contatto diretto, simile a due giocatori che si passano una palla.
La durata dell'interazione elettromagnetica è Δt = 6,6 x 10(-22) s, determinata dal principio di indeterminazione di Heisenberg per un fotone di energia 1 MeV.
Il raggio di interazione è la distanza percorsa da un fotone virtuale prima di essere riassorbito, calcolata come r=cΔt= 2,0x10(-13) m. Minore è l'energia del fotone, maggiore è la durata e la distanza dell'interazione, senza un limite superiore al raggio di interazione.
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