1.

Introduzione

Diffrazione In fisica, fenomeno tipicamente ondulatorio per il quale un'onda che attraversa una piccolissima fenditura o che supera lo spigolo vivo di un corpo, anziché procedere nella direzione iniziale, si sparpaglia seguendo percorsi diversi. Perché la diffrazione sia evidente è necessario che le dimensioni della fenditura siano paragonabili a quelle della lunghezza d'onda della radiazione incidente.

Il fenomeno interessa qualunque tipo di onda, come il suono, le onde sismiche, la luce o qualunque altro tipo di radiazione elettromagnetica. A conferma della teoria ondulatoria della materia, inoltre, viene osservato anche nella propagazione di fasci di particelle, ad esempio di elettroni; secondo quanto sostiene la teoria, infatti, a ogni particella è associata un’onda la cui lunghezza d’onda, detta “di de Broglie”, è legata alla quantità di moto del corpuscolo.

2.

Diffrazione della luce

Se si indirizza un fascio di luce contro un pannello su cui sia praticata una fenditura di dimensioni apprezzabili, uno schermo posto al di là del pannello raccoglie un’immagine relativamente nitida della fenditura, circondata da una zona d’ombra. Riducendo via via l’ampiezza della fenditura, l’immagine che si raccoglie sullo schermo non si restringe in modo proporzionale, ma si allarga e si offusca a causa del fenomeno della diffrazione. Le onde luminose che incidono ai bordi della fessura, infatti, non proseguono in direzione rettilinea, ma invadono la zona d’ombra, deviando di un angolo che dipende dalla lunghezza d’onda e dalle dimensioni dell’ostacolo. Detta D l’ampiezza della fenditura, L la distanza fenditura-schermo, λ la lunghezza d’onda della luce e D’ l’ampiezza dell’immagine raccolta sullo schermo, si può assumere con buona approssimazione che:

D’ ~ D + L (λ/D).

È evidente che, se l’ampiezza D della fenditura è molto grande rispetto alla lunghezza d’onda, il rapporto λ/D è molto piccolo e l’ampiezza dell’immagine della fenditura rimane pressoché uguale a quella reale. Poiché la lunghezza d’onda della luce è dell’ordine dei 10^-7 m, la diffrazione si può apprezzare soltanto su scala microscopica.

Il fenomeno si può spiegare alla luce del principio di Huygens-Fresnel dell’interferenza. Secondo tale principio, ogni punto di un fronte d’onda è sorgente di un’onda secondaria che si propaga in tutte le direzioni. Così, nel caso della fenditura, ogni punto del fronte luminoso che si affaccia su di essa genera un’onda secondaria che si propaga in fase con la prima, andando a colpire lo schermo in punti normalmente in ombra. Come per l’interferenza, la sovrapposizione delle onde secondarie così generate produce una figura di diffrazione costituita da una successione di massimi e minimi più o meno intensi.

3.

Conseguenze

Lo sparpagliamento della luce e la perdita di dettaglio dovuti alla diffrazione limitano le possibilità di ingrandimento utile dei microscopi, per cui i particolari di dimensioni inferiori a circa due millesimi di millimetro non sono osservabili con strumenti ottici comuni. Per limitare questo effetto è necessario utilizzare luce di lunghezza d’onda relativamente piccola, nella fattispecie luce ultravioletta. L’effetto poi si riduce drasticamente se, in luogo di onde elettromagnetiche, si utilizzano onde di materia quali quelle associate a un fascio di elettroni; è questo il motivo che spiega le straordinarie prestazioni del microscopio elettronico. Rimanendo invece nel campo del visibile, esiste comunque un recente modello di microscopio, detto a campo vicino, che è capace di superare i limiti dovuti ai fenomeni di diffrazione e risolvere dettagli leggermente più piccoli della lunghezza d'onda della radiazione visibile.

Il fenomeno della diffrazione può essere sfruttato per determinare la lunghezza d’onda di un fascio di luce monocromatica (costituita da un’unica componente); a questo scopo, si utilizza un dispositivo ottico chiamato reticolo di diffrazione: facendo incidere il fascio sul reticolo e sfruttando la relazione che fornisce la deviazione subita dalla radiazione in funzione della lunghezza d’onda, si misura la prima per determinare la seconda.

La diffrazione offre inoltre una tecnica di analisi ampiamente utilizzata in cristallografia. La relazione che fornisce la deviazione subita dalla radiazione incidente in funzione della lunghezza d’onda viene applicata per determinare l’ampiezza della “fenditura”; quest’ultima, nel caso di un solido cristallino, non è altro che la distanza intermolecolare caratteristica del cristallo. In altri casi, si applica la stessa tecnica per individuare eventuali irregolarità nella struttura del reticolo cristallino.