Un team di ricerca internazionale guidato da fisici dell'Università di Colonia ha implementato una nuova variante dell'esperimento di base della doppia fenditura utilizzando lo scattering di raggi X anelastico risonante presso l'ESRF di sincrotrone europeo a Grenoble. Questa nuova variante offre una comprensione più profonda della struttura elettronica dei solidi. Scrivendo in Progressi scientifici , il gruppo di ricerca ha ora presentato i risultati in uno studio intitolato "Incarnazione di raggi X anelastici risonanti dell'esperimento della doppia fenditura di Young".

L'esperimento della doppia fenditura è di fondamentale importanza in fisica. Più di 200 anni fa, Thomas Young ha diffratto la luce in due fenditure adiacenti, generando così schemi di interferenza (immagini basate sulla sovrapposizione) dietro questa doppia fenditura. Così, ha dimostrato la natura ondulatoria della luce. Nel XX secolo, gli scienziati hanno dimostrato che gli elettroni o le molecole sparsi su una doppia fenditura mostrano lo stesso schema di interferenza, che contraddice l'aspettativa classica del comportamento delle particelle, ma può essere spiegato nel dualismo onda-particella quanto-meccanico. In contrasto, i ricercatori di Colonia hanno studiato un cristallo di ossido di iridio (Ba ₃ CeIr ₂ oh ₉ ) mediante diffusione anelastica risonante di raggi X (RIXS).

Il cristallo viene irradiato con fortemente collimato, fotoni di raggi X ad alta energia. I raggi X sono diffusi dagli atomi di iridio nel cristallo, che assumono il ruolo delle fessure nell'esperimento classico di Young. Grazie al rapido sviluppo tecnico di RIXS e ad una sapiente scelta della struttura cristallina, i fisici hanno osservato la dispersione su due atomi di iridio adiacenti, un cosiddetto dimero.

"Il modello di interferenza ci dice molto sull'oggetto scattering, la doppia fessura del dimero, "dice il professor Markus Grueninger, che dirige il gruppo di ricerca dell'Università di Colonia. In contrasto con il classico esperimento della doppia fenditura, i fotoni a raggi X anelasticamente dispersi forniscono informazioni sugli stati eccitati del dimero, in particolare la loro simmetria, e quindi sulle proprietà fisiche dinamiche del solido.

Questi esperimenti RIXS richiedono un moderno sincrotrone come sorgente di luce a raggi X estremamente brillante e un sofisticato apparato sperimentale. Per eccitare specificamente solo gli atomi di iridio, gli scienziati devono selezionare la piccolissima proporzione di fotoni con la giusta energia dall'ampio spettro del sincrotrone, ei fotoni sparsi sono selezionati ancora più rigorosamente in base all'energia e alla direzione della diffusione. Rimangono solo pochi fotoni. Con la necessaria precisione, questi esperimenti RIXS sono attualmente possibili solo a due sincrotroni in tutto il mondo, compreso l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) di Grenoble, dove il team di Colonia ha condotto il suo esperimento.

"Con il nostro esperimento RIXS, siamo stati in grado di dimostrare una previsione teorica fondamentale dal 1994. Questo apre una nuova porta per tutta una serie di ulteriori esperimenti che ci permetteranno di ottenere una comprensione più profonda delle proprietà e delle funzionalità dei solidi, "dice Grueninger.