Rutherford e l’esperimento delle particelle alfa

La particolarità di Rutherford consisteva nell'esser dotato di grandissimo spirito di osservazione e sempre pronto a cogliere effetti imprevisti. II più spettacolare degli effetti imprevisti di cui parliamo fu ottenuto nel 1909 da due collaboratori di Rutherford, Geiger e Marsden, mentre bombardavano una foglia d'oro con particelle alfa.
[Descrizione dell’esperimento e deduzioni ipotesi sulla struttura dell’atomo]
L'esperimento condotto da Geiger e Marsden era diretto a scoprire qualcosa sulle particelle alfa e non sulla foglia d'oro, e prima di questo inatteso risultato Rutherford non aveva alcuna ipotesi di lavoro circa la struttura dell'atomo. Lo dissi una volta a Karl Popper, adducendolo come argomento contro il metodo ipotetico deduttivo, i cui fautori asseriscono che la scienza avanza formulando in primo luogo delle ipotesi, e poi studiando esperimenti atti a verificarle, piuttosto che col metodo induttivo, consistente nel far derivare le teorie dall'esperienza, dall'osservazione. Popper mi replicò che né Geiger né Marsden erano stati capaci di desumere una teoria sulla struttura dell'atomo dalle loro osservazioni, e che quindi la teoria non era implicita nelle osservazioni, ma era stata invece il frutto dell'eccezionale intuito di Rutherford nel campo della fisica. Ma ora ho appreso che anche a Rutherford la verità non balenava nella mente come una folgore: gli occorsero in questo caso otto mesi per elaborare la sua teoria sulla struttura dell'atomo, il che dimostra che ebbe bisogno di qualcosa di più delle semplici osservazioni.

Max Perutz, È necessaria la scienza?, Garzanti, Milano, 1989

Gli elettroni sanno benissimo come comportarsi

Come distensione dalla elettrodinamica quantistica, mi venne consigliato di trascorrere qualche ora alla settimana nel laboratorio degli studenti, per fare degli esperimenti. (…) Purtroppo ebbi una brutta avventura quando passai all'esperimento di Millikan della goccia d'olio. Millikan era un grande fisico dell'Università di Chicago, che misurò per primo la carica elettrostatica di un singolo elettrone. Egli nebulizzò dell'olio, riducendolo in gocce minuscole, e osservò al microscopio il movimento delle gocce sotto l'effetto di campi elettrostatici molto intensi, da lui stesso applicava. Le goccioline erano talmente piccole che alcune di esse portavano una carica elettrica pari a un unico elettrone. Io riuscii a far galleggiare bene le mie goccioline d'olio, ma afferrai la manopola sbagliata quando passai alla regolazione del campo elettrico. Mi trovarono lungo disteso sul pavimento, e così finì la mia carriera di sperimentatore. Non ho mai rimpianto il mio breve e quasi mortale contatto con la sperimentazione militante. Questa vicenda mi fece capire, meglio di ogni altra cosa, la verità contenuta nelle parole di Einstein: «Si può affermare che l'eterno mistero del mondo è la sua comprensibilità». Da una parte c'ero io, seduto allo scrittoio per settimane e settimane, intento a eseguire i calcoli più raffinati e complessi per capire come si deve comportare un elettrone. E dall'altra parte c'era l'elettrone sulla mia gocciolina d'olio: elettrone che sapeva benissimo come comportarsi, senza aspettare di conoscere il risultato dei miei calcoli. Come si poteva seriamente credere che l'elettrone si preoccupasse dei miei calcoli, vuoi per obbedire loro, vuoi per disobbedire? Eppure gli esperimenti della Columbia dimostravano che l'elettrone dava loro retta. In un modo o nell'altro, tutte le complicate formule matematiche che andavo scrivendo esprimevano leggi che l'elettrone sulla goccia d'olio era costretto a rispettare. Sappiamo che le cose stanno cosi. Perché poi stiano cosi, perché l'elettrone dia retta alla nostra matematica, è un mistero che neppure lo stesso Einstein riuscì a penetrare.

Freeman Dyson, Turbare l'universo, Boringhieri, Torino 1981

Esercizi sul metodo delle cifre significative I H I

1. Un foglio di cartoncino ha dimensioni (34,3±0,1) cm e (116±1) cm, calcolane il perimetro e la superficie. Sapendo che la grammatura del cartoncino è di (180±5) g/m2, calcolane anche la massa. [La grammatura è il rapporto tra la massa e la superficie di un cartoncino: Gr=m/S]
2. Un pendolo di piccola lunghezza ha un periodo di oscillazione pari a T= (0,38±0,03) s. La frequenza f del pendolo, definita come f=1/T, rappresenta il numero di oscillazioni al secondo. Calcola f.
3. Se una moneta da 2 € ha una massa di (8,50±0,01) g, qual è la massa di 610 di queste monete?