Indistinguibili armonie

Riassunto

In questo capitolo finale, cercheremo di mostrare alcune delle conseguenze più interessanti, dal punto di vista del comportamento termodinamico, della natura quantistica delle particelle elementari. In particolare, scopriremo come l’indistinguibilità porti ad effetti macroscopici del tutto imprevedibili in una trattazione classica: in altre parole, vedremo come il misterioso mondo della meccanica quantistica non si limiti a rimanere confinato a livello microscopico, ma si manifesti anche attraverso fenomeni osservabili su scale di dimensioni che siamo soliti ritenere “classiche”. In questo senso, un ruolo essenziale sarà giocato dal diverso “carattere” dei due tipi fondamentali di particelle elementari: i fermioni, che potremmo qualificare come soggetti d’indole britannica, particolarmente gelosi della propria privacy, ed i bosoni, personaggi al contrario portati a socializzare, in alcuni casi in modo estremo. Il protagonista principale del capitolo sarà tuttavia il potenziale chimico: scopriremo come la comprensione del ruolo giocato da questa grandezza per un sistema in cui il numero di particelle non è più fissato permetta di affrontare in modo semplice ed elegante anche molti problemi puramente classici. Cominciamo quindi ad occuparci della descrizione statistica di un sistema aperto.

Giunti alla spiaggia, ci imbattiamo in una folla di bagnanti equipaggiati con sdraio pieghevoli ed ombrelloni parasole, cellulari multifunzione e cruciverba facilitati, impianti stereo e racchette da badminton: un’orda vociante densamente raccolta, grazie al cielo, entro qualche decina di metri dalla passerella che facilita l’accesso a questa plaga, luogo un tempo di recondite ed incantate armonie. Giulia mi chiede: “Papà, perché non ci fermiamo qui, senza doverci sobbarcare la solita scarpinata sotto il solleone alla ricerca di lidi liberi e tranquilli?” Risoluto, rispondo: “Perché non possiamo ridurci allo stato di bosoni. Non dimenticarlo mai, figlia mia”. (memorie dell’autore)