Onda o particella? “Tutte e due, ma una alla volta!”

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Nel 1924, il duca, di origini piemontesi, Luis-Victor Pierre Raymond de Broglie conseguì il titolo di dottore il fisica, 11 anni dopo la sua laurea, con una tesi di dottorato dal titolo “Recherches sur la Théorie des Quanta”, nella quale sosteneva una teoria ondulatoria della materia. Sebbene già vent’anni prima Albert Einstein fosse balzato sulle scene internazionali con la sua innovativa interpretazione dell’effetto fotoelettrico [vedi articolo A. Massafra 20 Gennaio 2010], la comunità scientifica degli anni ’20 si mostrò scettica di fronte a una teoria, basata, secondo quanto dice de Broglie, su una totale simmetria esistente in natura. Egli nel suo modello associa una lunghezza d’onda λ = h/p, dove h è la costante di Plank e p, detta quantità di moto, è il prodotto tra la velocità e la massa della particella. Tuttavia, l’effetto ondulatorio di un qualsiasi oggetto in moto, non si può apprezzare con nessuno strumento, neanche il più tecnologicamente avanzato. Si pensi, ad esempio, ad un pallone di massa m = 1 kg, lanciato ad una velocità di v= 44 m/s (circa 160 km/h). Secondo la formula di de Broglie, sapendo che h = 6.67 *(10^-34) Js,s i avrebbe una λ ≈ 10^-25 Å (dove 1 amstrong1 Å = 10^-10 m) , cioè di un ordine di grandezza che nessuno strumento in circolazione è in grado di rivelare. Se, invece, si considera un elettrone (m = 9.1*(10^-31) kg) di energia 100 kev si ottiene una lunghezza d’onda nel range dei raggi X.
Albert Einstein, che ormai era considerato uno dei maggiori scienziati dell’epoca, manifestò tutta la sua approvazione alla geniale teoria del neo dottorato de Broglie, tanto che, nel 1927, i fisici statunitensi Clinton Davisson e Lester Germer, misero a punto un esperimento volto alla verifica sperimentale della teoria di Louis de Broglie. Inviando un fascio di elettroni contro un cristallo di nichel, i due sperimentatori misurarono la corrente del fascio di elettroni riflesso dal cristallo per diversi angoli e per diversi valori del potenziale accelerante. Con grande stupore, i due scienziati osservarono dei picchi di corrente in corrispondenza di un determinato valore del potenziale accelerante e dell’angolo di riflessione. L’unica interpretazione possibile, per giustificare i valori sperimentali della corrente, risiede nell’assumere che il fascio di elettroni subisce una riflessione alla Bragg. Infatti solo ipotizzando un’interferenza costruttiva dell’onda di materia i conti tornano. Infatti, confrontando i valori ottenuti utilizzando la legge di Bragg e la formula di de Broglie, si ottiene un perfetto accordo tra la teoria delle onde di materia dello scienziato franco-italiano e la legge di Bragg. L’interferenza, infatti, cioè la sovrapposizione in un punto dello spazio di due o più onde, è, quindi, un fenomeno prettamente ondulatorio, tuttavia l’esperimento di Davisson e Germer trova risposte solo si considera la natura ondulatoria della particella-elettrone riflessa dal cristallo di nichel. Ma la domanda ora è: se Einstein aveva già mostrato, nel 1905, l’aspetto corpuscolare della radiazione elettromagnetica con la teoria dei fotoni, se Davisson e Germer hanno palesato la natura ondulatoria della materia in accordo con la teoria delle onde di materia di de Broglie, quale dei due aspetti prevale? La soluzione la propose Max Born, interpretando alla lettera l’epistemologia della fisica teorica di quegli anni :”Le esperienze sensoriali sono il dato di partenza, ma la teoria che le interpreta è opera dell’uomo". In altre parole, se non si riesce a verificare una determinata ipotesi, essa diventa principio. Nel pensiero di Einstein ed in particolare in riferimento alla teoria della relatività tale asserto si palesa nell’assumere invariante la velocità della luce in tutti i sistemi di riferimento inerziali, non avendo, nessuno, verificatone il contrario. Max Born, introdusse il principio di complementarità in base al quale, se in un esperimento la materia presenta caratteristiche ondulatorie non può presentare anche caratteristiche corpuscolari, cioè, è impossibile spiegare una manifestazione corpuscolare con la teoria ondulatoria e viceversa, ponendo in posizione di complementarità aspetto ondulatorio e corpuscolare.