Fisica dell'esperimento
Perché questo esperimento all'ETH di Zurigo? I due specchi acustici del 中国足球彩票 H?nggerberg mostrano su larga scala come vengono condotti gli esperimenti con le particelle più piccole nei laboratori di fisica. L'esperimento è temporaneamente in deposito a causa di lavori di costruzione. La rimessa in funzione è prevista per l'inizio dell'estate 2022.
Sperimentare la ricerca in modo giocoso
Un fenomeno noto da tempo illustra i moderni metodi di ricerca. Dall'antica Grecia a oggi, sono stati condotti esperimenti con "specchi" curvi per raggruppare onde o particelle e quindi amplificarle: dalle onde sonore e idriche alle onde radio e luminose, fino alle onde di materia degli elettroni. Gli specchi acustici illustrano su larga scala ciò che accade in alcuni esperimenti di ricerca quantistica nei laboratori del 中国足球彩票 H?nggerberg. Questi specchi hanno una forma classica dal punto di vista funzionale, ma la loro progettazione è unico grazie alla collaborazione tra i Dipartimenti di fisica e di architettura.
Gli specchi nella ricerca quantistica
Nella ricerca fondamentale si studia il comportamento di particelle minuscole come singoli ioni o fotoni. Le lunghezze d'onda della luce visibile misurano solo un milionesimo di metro. Tuttavia, le onde luminose si comportano in modo simile alle onde sonore, che hanno lunghezze d'onda dell'ordine di un metro. Sia le particelle di luce che il suono possono essere catturati tra gli specchi e quindi amplificati. Nella ricerca quantistica, l'amplificazione viene utilizzata per rendere più osservabili queste particelle estremamente piccole.
Le onde sonore si espandono. Non tutte le onde sonore vengono assorbite dallo specchio acustico opposto. Anche alcune delle onde sonore riflesse scompaiono nell'ambiente circostante e diventano impercettibili. Il suono viene infine convertito in un'altra forma di energia, il calore. L'animazione digitale alla voce "Come si riflette il suono" illustra bene questo aspetto.
Come l'acqua, anche nell'aria si creano delle onde che noi percepiamo come suono. Queste onde sono fluttuazioni di densità nell'aria che si propagano dalla sorgente sonora. Le onde sonore possono essere riflesse da superfici dure. Anche l'eco delle montagne si crea in questo modo. Gli architetti greci utilizzavano questo effetto per costruire teatri già 2500 anni fa.
Quando si parla, le onde sonore si propagano inizialmente in modo sferico in tutte le direzioni. Nello schizzo qui sopra e nell'animazione digitale qui sotto, questa propagazione sferica è rappresentata in due dimensioni come una linea curva. Quando le onde sonore colpiscono lo specchio acustico curvo, vengono riflesse e "piegate". Ora possono propagarsi in modo direzionale come "onda piana" e quindi colpire esattamente il secondo specchio acustico. Qui vengono nuovamente riflesse e focalizzate sull'orecchio della persona che ascolta. Senza i due specchi, la maggior parte delle onde sonore sfuggirebbe e sarebbe quindi inudibile.
Onde sonore - Ricerca all'EMPA
Animazione digitale delle onde sonore tra due specchi acustici rappresentati da due linee curve - gli specchi sono visti dall'alto. Il suono proviene dal lato sinistro. Il rosso intenso simboleggia una forte sovrapressione, il blu intenso una forte sottopressione.
I suoni acuti, in particolare, possono essere utilizzati per modellare digitalmente il modo in cui il suono (più precisamente: la pressione sonora) si propaga e viene riflesso dagli ostacoli, in questo caso gli specchi acustici.
Gli specchi acustici del 中国足球彩票 H?nggerberg sono sferici, cioè costruiti come parte di una sfera. Questo crea un "piatto" curvo verso l'interno che riflette le onde sonore in modo mirato.
Uno specchio concavo di questo tipo ha un punto focale, il fuoco, in cui le onde piane incidenti vengono raggruppate. Più la bocca del mittente e l'orecchio del destinatario sono vicini al fuoco del rispettivo specchio, più si sente. Quanto più dura e liscia è la superficie dei due specchi acustici, tanto meglio funziona il principio. Le superfici dure e lisce riflettono il suono meglio delle superfici morbide e ruvide.
Non solo le onde sonore, ma tutti i tipi di onde possono essere focalizzate con gli specchi. La fisica sta ora utilizzando questo principio per l'attuale ricerca fondamentale, anche all'ETH di Zurigo. Essi focalizzano le onde elettromagnetiche, come la luce e le onde radio, ma anche le onde della materia prodotte dagli elettroni.
Nella ricerca quantistica, in particolare, è importante raggruppare i segnali più piccoli e renderli così osservabili. Se si utilizzano due specchi curvi per riflettere la luce avanti e indietro, si possono persino catturare e amplificare singole particelle di luce, note come fotoni.
Comunicazione e sensori quantistici
Anche l'interazione degli atomi con i fotoni può essere analizzata in questo modo. Ciò è importante, ad esempio, per le comunicazioni quantistiche a prova di intercettazione. Anche il rinculo dei fotoni riflessi da uno specchio può essere visualizzato e utilizzato. Ciò costituisce la base per la costruzione di sensori con una sensibilità senza pari, che consentono di ricevere segnali estremamente sottili.
Anche gli specchi sferici e parabolici sono ampiamente utilizzati nella tecnologia. Le applicazioni spaziano dai forni solari alle antenne paraboliche, fino ai fari delle automobili. Le lenti, invece, focalizzano la radiazione direttamente senza rifletterla.
Il suono e il rumore sono ovunque
Il suono ci circonda ogni giorno, eppure non prestiamo molta attenzione alla diversità del suono nella nostra vita quotidiana. Uno sguardo al pagina esternaSito web del dipartimento amministrativo di Acustica/Riduzione del rumore dell'Empa mostra quanto sia complesso e appassionante l'argomento. Kurt Heutschi ha sostenuto gli studenti pagina esternanel MAS Fabbricazione digitale come consulente specializzato in acustica.