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Effetto Kapitza-Dirac

Si conclude questa parte di ottica materiale con la descrizione di un fenomeno di diffrazione che ribalta completamente il modo più consueto di intendere la diffrazione: generalmente si conosce la diffrazione da parte di un pennello luminoso ad opera di un reticolo materiale; nell’effetto Kapitza-Dirac si osserva invece la diffrazione di un pennello materiale ad opera di un reticolo costituito da luce, più precisamente da un’onda elettromagnetica stazionaria.
Lo schema sperimentale dell’esperimento di Kapitza-Dirac è quello mostrato nella seguente figura:

Schema di Kapitza
tratto dall’articolo originale di Kapitza e Dirac

Dalla precedente figura si vede che l’onda elettromagnetica stazionaria viene generata opponendo uno specchio di fronte alla sorgente di luce, così da confinare l’onda elettromagnetica prodotta.

Lo schema originale di Kapitza e Dirac è stato poi riadattato per realizzare esperimenti analoghi con pennelli atomici, secondo lo schema mostrato qui sotto.

kapitza2

Figura di diffrazione di un pennello atomico da parte di un reticolo di luce.
In ordinate è riportata l’intensità del pennello atomico diffratto

L’effetto Kapitza-Dirac presenta anche un’ulteriore conseguenza interessante: i pennelli diffratti dal reticolo di onde stazionarie sono tra loro coerenti e questo consente di costruire interferometri per pennelli materiali.

E’ interessante notare come  si possa utilizzare il “reticolo a luce” per creare interferometri tipo quello di Mach-Zender  come è chiaro dalla figura seguente.

schema 3

Tipiche condizioni di utilizzo sono con pennelli di lunghezza d’onda dell’ordine del nanometro