Innanzitutto: di cosa ci occuperemo? Cercheremo di studiare come è fatta la materia attraverso un tipo di esperimento: lo scattering.

Noi “sperimentiamo” quotidianamente attraverso delle esperienze di scattering:

• la visione è una esperienza di scattering. la luceva ad incidere sull’oggetto da osservare e il nostro occhio lo vede. La luce può provenire da tutte le parti (la luce del sole) e noi vediamo bene l’oggetto; la luce può provenire da una sola direzione ed essere collimata (una torcia) e noi vediamo ovviamente solo la parte illuminata e poco intorno; ma anche il tipo di luce influenza il nostro modo di vedere: una luce rossa ci fa vedere…rosso.

Se illuminiamo un oggetto da una certa direzione, la nostra visione dipende da dove osserviamo l’oggetto: se ci poniamo dalla parte da cui proviene la luce vediamo l’oggetto ben illuminato; se ci mettiamo dietro all’oggetto (dalla parte opposta a quella da cui proviene la luce) ne vediamo solamente l’ombra.

• La fotografia è una esperienza di scattering. Molto simile alla visione con la differenza che al posto dell’occhio c’è la pellicola fotografica e che a volte al posto della luce naturale è presente il flash.

• Possiamo fare delle “fotografie” allo stesso oggetto utilizzando fasci incidenti diversi ed ottenere risultati diversi. Infatti se al posto della luce (onda elettromagnetica con una certa frequenza) utilizzassimo dei raggi X (onde elettromagnetiche con una frequenza diversa, ovviamente non appartenenti al visibile) avremmo una “foto”completamente diversa: avremmo una radiografia. Anche la radiografia è una esperienza di scattering.

• Utilizzando al posto delle onde elettromagnetiche delle onde sonore, otteniamo una fotografia ancora diversa: l’ecografia. Anche l’ecografia è una esperienza di scattering.

Osserviamo come al variare delle caratteristiche (cambiando la lunghezza d’onda delle onde elettromagnetiche) o del tipo (onde elettromagnetiche o ultrasuoni) di fascio incidente cambiano i risultati ottenuti

• Anche il sonar e il radar sono esperienze di scattering. questi sono apparecchi che emettono rispettivamente ultrasuoni e onde radio

Ma che cosa hanno in comune tutte queste esperienze? Come facciamo a dire che sono esperienze di scattering?

Hanno in comune le modalità di investigazione, di indagine: c’è una sorgente che emette un fascio che va ad incidere contro un bersaglio (target in inglese) non conosciuto; un rilevatore rileva in posti diversi cosa è avvenuto del fascio incidente.

La parola scattering arriva dal verbo inglese “to scatter” e vuol dire diffusione, dispersione.

Il fascio incidente interagisce con il bersaglio (che assorbe, riflette, devia, diffonde….) e il rilevatore (con caratteristiche adatte al tipo di segnale da ricevere e solitamente collegato ad un rielaboratore) rileva dei dati analizzando i quali è possibile fare delle ipotesi sul tipo di interazione avvenuta.

Riprendiamo gli esempi cercando di rileggerli proprio come esperienze di scattering:

Visione

Fascio incidente: luce

Bersaglio: oggetto da vedere

Rilevatore: il nostro occhio (è adatto perché vede solo luce del tipo del fascio incidente) collegato al nostro cervello che rielabora i dati

Tipo di interazione: principalmente c’è riflessione, anche se è presente un po’ di assorbimento

Osservazioni: fasci di luce diversi danno luogo a visioni differenti.

Radiografie

Fascio incidente: raggi X

Bersaglio: parte del corpo da “esaminare”

Rilevatore: una lastra sensibile ai raggi X posta oltre il bersaglio

Tipo di interazione: assorbimento

Osservazione: sulla lastra vengono rilevate tute le radiazioni residue che non avvengono assorbite dal passaggio attraverso il corpo. Le ossa assorbono i raggi X; questo ci permette di vedere le ossa (e quindi di vedere se, ad esempio, sono rotte o altro) perché in corrispondenza delle ossa sulla lastra non arrivano i raggi X.

Ecografia

Fascio incidente: ultrasuoni

Bersaglio: parte del corpo da “studiare”

Rilevatore: un sensore posto dalla stessa parte di provenienza del fascio incidente.

Tipo di interazione: Riflessione

Radar e sonar

I radar sfruttano la riflessione delle onde radio per rilevare la presenza di oggetti e per misurarne la forma, la velocità e la distanza. Il principio di funzionamento è semplice: un trasmettitore emette una successione di impulsi di onde radio e li concentra in una direzione tramite una antenna. Quando l’impulso incontra un ostacolo, esso produce una diffusione dell’energia incidente in tutte le direzioni, per cui una parte ritorna comunque indietro come eco e viene raccolta da un ricevitore. In base alle caratteristiche del segnale ricevuto possiamo ricavare diverse informazioni: dall’intensità dell’eco ricaviamo le dimensioni dell’oggetto, dal tempo che il segnale impiega a tornare troviamo la distanza, dalla frequenza troviamo la velocità con cui si muove l’ostacolo. Apparecchi di questo tipo vengono utilizzati in molti campi, da quello militare a quello aereo, nella navigazione, in meteorologia, in astronomia e nel traffico stradale (l’autovelox non è altro che un radar). Anche i sonar si basano sullo stesso funzionamento del radar, sfruttando però la riflessione dei segnali sonori (ultrasuoni) sotto il livello del mare; vengono utilizzati per costruire le carte dei fondali marini, per localizzare banchi di pesci o navi affondate o per individuare altre imbarcazioni o iceberg lungo la rotta dei sottomarini.

In natura esistono molti animali muniti di un sonar naturale e sfruttano l’eco per conoscere l’ambiente circostante, ad esempio i pipistrelli e i delfini.

Ricordiamo però che quando si effettuano esperimenti di scattering NON CONOSCO IL BERSAGLIO e quindi non so nemmeno come interagisce; dai dati sperimentali devo ipotizzare il tipo di interazione e successivamente verificare se questo “modello” va bene.