QUESTIONI interrogative sul Fotone, cui il MODEC risponde

La sentita necessità di interrogarmi sulla struttura del fotone nasceva da una serie di interrogativi, curiosità e paradossi, a cui con questo modello teorico pienamente si risponde aprendo nuovi orizzonti. Di seguito alcuni di questi quesiti.

 

QUESTIONE n.1 (FOTONE): Per quali motivi fisici l' energia "E" del FOTONE è direttamente proporzionale alla frequenza "v" della radiazione elettromagnetica a cui si considera associato, secondo la nota relazione

E=hv

con h chiamata "costante di Planck" ?
Relazione alla base della scoperta stessa del fotone, che dobbiamo insieme agli studi ed interpretazioni teoriche di fenomeni fisici sviluppati dagli scienziati Max Planck (1858 -1947) ed Albert Einstein (1879-1955).

Un motivo fisico, un principio, un qualcosa di più basilare per spiegare una legge fisica così semplice e pure misteriosa E=hv !
Un motivo che probabilmente dovrebbe anche rendere ragione e spiegare il perché il fotone ha uno spin, osservato sperimentalmente, in modulo esattamente uguale ad h/(2π).

 

 

QUESTIONE n.2 (FOTONE): quali motivi fisici, principi più basilari, modelli teorici spiegano perché il fotone ha uno spin, osservato sperimentalmente, in modulo esattamente uguale sempre ad h/(2π)?
Un valore ben preciso che colpisce poiché la legge fisica molto semplice che correla l' energia dello stesso fotone "E", alla frequenza dell' associata radiazione elettromagnetica "v", è E=hv, con h la medesima costante di Planck..
Ricordiamo che come ben noto la luce piano-polarizzata può essere descritta, come onda elettromagnetica, in termini di due componenti circolarmente polarizzate: la luce circolarmente polarizzata destra (LCPD) e la luce circolarmente polarizzata sinistra (LCPS). Il vettore campo elettrico associato a questi due tipi di luce polarizzata descrive in entrambi i casi un percorso elicoidale; nel caso della LCPD si avrà un' elica destrorsa, mentre nel caso della LCPS l' elica sarà sinistrorsa.
Queste equi-possibilità di polarizzazione della luce possono trovare ora un interessante parallelo anche nella struttura doppio elicoidale del costituente basilare della luce, il fotone, che può teoricamente essere nella sua dinamica destrogiro o levogiro senza alcuna preferenza, (non appare infatti alcuna ragione teorica asimmetrizzante), tra le due possibilità, anche all' interno del modello doppio elicoidale per esso proposto.

Onda elettromagnetica piana polarizzata circolarmente e dal verso sinistrorso ESCAPE='HTML'

Rappresentazione animata schematizzante le peculiarità di onda elettromagnetica piana polarizzata circolarmente e dal verso sinistrorso.
In internet al link: http://phdthesis.martinklvana.com/Methods/circularly_polarised_light_left.gif

 

 

QUESTIONE n.3 (FOTONE): "il FOTONE e le sue dimensioni spaziali".
Per quali motivi fisici nell' interazione fisica dei fotoni che giungono ortogonalmente su un pannello con delle fenditure, solo quando la loro lunghezza d' onda è comparabile con la dimensione delle fenditure gli effetti di diffrazione diventano rilevanti?

Sembrerebbe pertanto come se i fotoni avessero una qualche estensione trasversalmente alla direzione del loro moto traslatorio, e questa loro estensione (nel piano ortogonale alla direzione del loro moto dunque) fosse proporzionale e dello stesso ordine di grandezza con la loro lunghezza d'onda, che è la lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica cui son associati e/o che costituiscono.

Perché stupisce questa proprietà? Perché la lunghezza d'onda della associata radiazione elettromagnetica è una proprietà del campo elettromagnetico longitudinale alla direzione di traslazione della radiazione (e dunque del fotone), e non anche una proprietà trasversale, come invece mostra il fotone nella sua interazione con gli oggetti!
"Onde longitudinali" son infatti le onde elettromagnetiche descritte dalle Equazioni di Maxwell, in esse la perturbazione del campo elettrico e magnetico avviene longitudinalmente alla direzione di propagazione dell' onda, e non trasversalmente come avverrebbe invece in un' "onda trasversale" appunto detta.

In maniera ancor più basilare mi interrogo sull' interazione della luce con un singolo oggetto, sul fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde elettromagnetiche quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino e sul fatto che gli effetti di diffrazione connessi sono rilevanti quando la lunghezza d'onda è comparabile con la dimensione dell' ostacolo.

Il tutto si correla anche ad una proprietà che una rete di una Gabbia di Faradey deve avere per schermare le onde elettromagnetica, ad esempio microonde sullo sportello di un fornetto domestico a microonde, "passano solo quelle onde la cui lunghezza d'onda è minore del lato della maglia", "la misura della maglia da considerare è questa, minore della lunghezza d' onda delle onde da schermare" per poterle schermare, (pensieri copiati dalla rete). E proprio questa proprietà mi incuriosì nel verso del quesito qui posto: perché possono passare senza esser schermati proprio quei fotoni incidenti sulla rete della gabbia la cui lunghezza d'onda è inferiore alla lunghezza del lato della maglia, (che immaginiamo qui quadrata), lato che è ortogonale (trasversale) rispetto alla direzione di traslazione del fotone.

 

 

QUESTIONE n.4 (FOTONE): Il Paradosso del Buco Nero e dell' interazione elettrica mediata(?) dai fotoni

 

 

QUESTIONE n.5 (FOTONE): IL PARADOSSO INSITO NELL' ANNICHILIMENTO DI CARICA NELL' ANNICHILIMENTO MATERIA-ANTIMATERIA!

Nei fenomeni che definiamo di
-) annichilimento di materia-antimateria, (consideriamo in particolare la coppia elettrone-positrone), con genesi di fotoni,
come anche nel processo osservato di
-) genesi della coppia materia-antimateria, (ad esempio elettrone-positrone), a partire da un fotone,

poiché, fermo restando che il fotone è empiricamente neutro, si ritiene che il fotone non solo sia neutro ma anche privo di una struttura costitutiva a distribuzione di carica a somma totale nulla, neutra, cioè privo di una struttura con cariche (+) e (-) poste a distanza finita non nulla nello spazio nella sua micro struttura e a somma algebrica complessiva di carica nulla,
si immagina che si passi:

-) nel primo caso, da una situazione di due cariche opposte e di pari modulo, quelle del positrone e dell'elettrone poste inizialmente in punti distinti dello spazio, ad una situazione in cui queste cariche si annichilano completamente, spariscono portandosi in un medesimo punto comune,
-) nel secondo caso, da una situazione di assenza totale di carica, ad una situazione in cui cariche (+) e (-), di pari modulo e somma algebrica totale
nulla, compaiono dallo stesso punto, spostandosi in punti distinti dello spazio,

il tutto ovviamente garantendo la conservazione complessiva di carica, essendo la loro somma algebrica totale nulla all'inizio come alla fine, nei due casi visti.

Ciò nonostante, in questa interpretazione vi è un paradosso, poiché questi processi avvengono ovviamente con conservazione di energia, e le energie in gioco, quella delle particelle di materia e antimateria da una parte e quella dei fotoni dall'altra, che devono essere uguali, son quantità non nulle e finite. Ma nelle ipotesi di concezione di quello che avviene in questi fenomeni, cariche elettriche (+) e (-) si spostano da distanze spaziali finite a distanze nulle, e viceversa, e questo comporta la necessità di fornire o ottenere energie infinite, comporta la comparsa di singolarità matematiche a causa della divergenza delle energie collegate al potenziale elettrico coulombiano, che ha andamento inversamente proporzionale alla distanza tra le cariche. Tenendo conto che la fisica odierna considera come puntiformi, o quasi tali, elettroni e positroni, e che per il potenziale elettrico coulombiano non si son ad oggi osservate variazione della sua dipendenza di diretta proporzionalità con l' inverso della distanza, alle basse distanza tra cariche cui si è riusciti a effettuare misurazioni, già i fenomeni di “creazione” di materia ed antimateria dai fotoni potevano da soli suggerire che non si trattasse di “creazione” ma di manifestazione di ciò che nel fotone è comunque sempre presente durante la sua esistenza, la coppia di cariche "+e" e "-e" non annichilite ma legate e a distanza finita non nulla tra loro.  

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Un paradosso che si eviterebbe, si risolverebbe, immaginando invece che la neutralità del fotone sia associata non ad un' assenza totale di cariche, annichilimento totale di cariche, ma ad una distribuzione di cariche, a somme algebriche totali nulle, ma posizionate a distanza spaziali relative, reciproche, comunque finite e mai nulle, nella struttura costitutiva del fotone! (Esattamente quanto avviene nel modello del fotone qui teorizzato).

 

 

QUESTIONE n.6 (FOTONE): "Il legame tra FOTONE e campi elettrici e magnetici dell' Onda elettromagnetica"

Grazie al Modello elettrico dipolare doppio elicoidale del fotone si giunge a comprendere l' origine fisica del campi elettrici e magnetici che caratterizzano un' onda elettromagnetica, comprendendo così fisicamente, senza dover assume ciò come un dogmatico principio non meglio comprensibile come è stato fin ora in fisica, il dualismo onda-particela della luce.

Rappresentazione animata di un' onda elettromagnetica piana ESCAPE='HTML'

Rappresentazione animata di un' onda elettromagnetica piana che ha direzione di propagazione lungo l' asse x del piano cartesiano e verso quello delle x positive.
In internet al link: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/EM-Wave.gif 

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E TANTI ALTRI interrogativi cui la visione precedente al MODEC del fotone non permetteva di rispondere e che oggi invece con il Modello Doppio Elicoidale del Fotone trovano soluzione e chiarificazione.

 

 Oreste Caroppo