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la costante di Planck è stato inventato nel 1900 da un fisico tedesco, Dr. Max Planck, che avrebbe vinto il 1918 Premio Nobel per il suo lavoro. La costante è una parte cruciale della meccanica quantistica, la branca della fisica che si occupa delle minuscole particelle che compongono la materia e delle forze coinvolte nelle loro interazioni. Library of Congress

Se sei un fan della serie Netflix “le Cose più strane,” hai visto la stagione climatica tre scene, in cui Dustin cerca di blandire il suo cervellotico lunga distanza amica Suzie su una radio prosciutto di connessione in dicendogli il valore preciso di qualcosa chiamato la costante di Planck, che avviene anche per essere il codice per aprire una cassetta di sicurezza che contiene le chiavi necessarie per chiudere il cancello di una doppia universo alternativo.

Ma prima che Suzie reciti il numero magico, esige un prezzo elevato: Dustin deve cantare la sigla del film ” The NeverEnding Story.”

Questo potrebbe averti portato a chiederti: qual è esattamente la costante di Planck, comunque?

La costante — ideata nel 1900 da un fisico tedesco di nome Max Planck, che avrebbe vinto il Premio Nobel nel 1918 per il suo lavoro — è una parte cruciale della meccanica quantistica, la branca della fisica che si occupa delle minuscole particelle che compongono la materia e delle forze coinvolte nelle loro interazioni. Dai chip per computer e pannelli solari ai laser, ” è la fisica che spiega come funziona tutto.”

Il Mondo Invisibile delle Ultracorte

Planck e di altri fisici alla fine del 1800 e i primi anni del 1900 sono stati cercando di capire la differenza tra la meccanica classica — che è, il moto dei corpi nel mondo osservabile intorno a noi, descritto da Sir Isaac Newton la fine del 1600 e un mondo invisibile di ultracorte, dove l’energia si comporta in certi modi, come un onda e, in qualche modo, come una particella, noto anche come un fotone.

“Nella meccanica quantistica, la fisica funziona in modo diverso dalle nostre esperienze nel mondo macroscopico”, spiega Stephan Schlamminger, fisico per il National Institute of Standards and Technology, via e-mail. Come spiegazione, cita l’esempio di un oscillatore armonico familiare, un bambino su un set di swing.

“Nella meccanica classica, il bambino può essere a qualsiasi ampiezza (altezza) sul percorso dello swing”, dice Schlamminger. “L’energia che il sistema ha è proporzionale al quadrato dell’ampiezza. Quindi, il bambino può oscillare in qualsiasi intervallo continuo di energie da zero fino a un certo punto.”

Ma quando si arriva al livello della meccanica quantistica, le cose si comportano in modo diverso. “La quantità di energia che un oscillatore potrebbe avere è discreta, come i pioli su una scala”, dice Schlamminger. “I livelli di energia sono separati da h per f, dove f è la frequenza del fotone-una particella di luce – un elettrone rilascerebbe o assorbirebbe per passare da un livello di energia all’altro.”

In questo video del 2016, un altro fisico del NIST, Darine El Haddad, spiega la costante di Planck usando la metafora di mettere lo zucchero nel caffè. “Nella meccanica classica, l’energia è continua, il che significa che se prendo il mio distributore di zucchero, posso versare qualsiasi quantità di zucchero nel mio caffè”, dice. “Qualsiasi quantità di energia è OK.”

” Ma Max Planck ha trovato qualcosa di molto diverso quando ha guardato più in profondità, spiega nel video. “L’energia è quantizzata, o è discreta, il che significa che posso aggiungere solo una zolletta di zucchero o due o tre. È consentita solo una certa quantità di energia.”

La costante di Planck definisce la quantità di energia che un fotone può trasportare, in base alla frequenza dell’onda in cui viaggia.

Le radiazioni elettromagnetiche e le particelle elementari “mostrano intrinsecamente sia le proprietà delle particelle che delle onde”, spiega Fred Cooper, professore esterno presso il Santa Fe Institute, un centro di ricerca indipendente nel New Mexico, via e-mail. “La costante fondamentale che collega questi due aspetti di queste entità è la costante di Planck. L’energia elettromagnetica non può essere trasferita continuamente ma viene trasferita da fotoni discreti di luce la cui energia E è data da E = hf, dove h è la costante di Planck e f è la frequenza della luce.”

Una costante leggermente mutevole

Una delle cose confuse per i non scienziati sulla costante di Planck è che il valore assegnato ad essa è cambiato di piccole quantità nel tempo. Nel 1985, il valore accettato era h = 6,626176 x 10-34 Joule-secondi. Il calcolo corrente, effettuato nel 2018, è h = 6,62607015 x 10-34 Joule-secondi.

“Mentre queste costanti fondamentali sono fisse nel tessuto dell’universo, noi umani non conosciamo i loro valori esatti”, spiega Schlamminger. “Dobbiamo costruire esperimenti per misurare queste costanti fondamentali al meglio delle capacità dell’umanità. La nostra conoscenza deriva da alcuni esperimenti che sono stati mediati per produrre un valore medio per la costante di Planck.”

Per misurare la costante di Planck, gli scienziati hanno utilizzato due diversi esperimenti: il bilanciamento delle crocchette e il metodo XRCD (X — ray Crystal density), e nel tempo hanno sviluppato una migliore comprensione di come ottenere un numero più preciso. “Quando viene pubblicato un nuovo numero, gli sperimentatori presentano il loro numero migliore e il loro miglior calcolo dell’incertezza nella loro misurazione”, afferma Schlamminger. “Il vero, ma sconosciuto valore della costante, dovrebbe si spera risiedere nell’intervallo di più/meno l’incertezza intorno al numero pubblicato, con una certa probabilità statistica.”A questo punto,” siamo sicuri che il vero valore non è lontano. Il bilanciamento delle crocchette e il metodo XRCD sono così diversi che sarebbe una grande coincidenza che entrambi i modi siano d’accordo così bene per caso.”

Quella piccola imprecisione nei calcoli degli scienziati non è un grosso problema nello schema delle cose. Ma se la costante di Planck fosse un numero significativamente più grande o più piccolo, “tutto il mondo intorno a noi sarebbe completamente diverso”, spiega Martin Fraas, un assistente professore di matematica alla Virginia Tech, via e-mail. Se il valore della costante fosse aumentato, ad esempio, gli atomi stabili potrebbero essere molte volte più grandi delle stelle.

La dimensione di un chilogrammo, entrata in vigore il 20 maggio 2019, come concordato dall’International Bureau of Weights and Measures (il cui acronimo francese è BIPM) si basa ora sulla costante di Planck.