In una nota, apparsa su questo stesso notiziario di informazione (27 dicembre 2010), tentai una spiegazione, basata sull’elettromagnetismo di Maxwell, della stabilità dell’atomo di idrogeno, fondata sugli effetti di natura elettromagnetica che necessariamente devono verificarsi qualora si consideri il protone come sorgente di campo magnetico.

In una successiva nota mostrai, fornendo degli esempi, come sotto certe condizioni sistemi elettromagnetici dotati di parti in moto accelerato possono non emettere onde elettromagnetiche e quindi, non perdendo energia, possono in definitiva avere esistenza stabile.

Lo scopo della presente nota è mostrare come, anche nei casi in cui il nucleo dell’atomo non è sorgente di campo magnetico, può, in linea di principio, essere fornita una spiegazione classica del mancato irraggiamento elettromagnetico da parte dell’atomo e quindi essere giustificata razionalmente la sua stabilità.

Curiosamente (in realtà questo ha un senso preciso che verrà chiarito tra breve) i nuclei degli atomi aventi un numero pari di protoni e neutroni (e quindi avendo l’atomo un numero pari di elettroni) hanno spin nullo e dunque un momento magnetico pari a zero.
Pertanto tali nuclei non generano alcun campo magnetico nello spazio ad essi esterno (cfr. Enciclopedia Britannica, 1964 alla voce “Nucleus).

Consideriamo, per semplicità, il caso dell’atomo di elio.
Esso ha un nucleo costituito di due protoni e due neutroni; in orbita attorno al nucleo sono due elettroni. E tali elettroni sono dotati, per il principio di Pauli, di spin opposto: in altre parole sono come due magneti che orbitano attorno al nucleo con i poli nord-sud invertiti l’uno rispetto all’altro.

Credo che il significato profondo del principio di esclusione di Pauli (che Pauli postulò per poter offrire, tra le altre cose, una spiegazione convincente della struttura elettronica degli atomi dei vari elementi ma di cui non giustificò in termini fisici intuitivi e comprensibili il senso fisico fondamentale) risieda proprio nel fatto che, grazie ad esso, è possibile immaginare configurazioni di moto degli elettroni tali che, in quelle medesime configurazioni di moto, l’atomo non perde energia per irraggiamento elettromagnetico e dunque ha esistenza stabile.

Si consideri, come semplice esempio, per l’atomo di elio, una configurazione dinamica in cui il nucleo sia immobile al centro e i due elettroni orbitino attorno ad esso su una stessa circonferenza, l’uno opposto all’altro e con gli spin l’uno opposto all’altro, come richiede il principio di Pauli.
L’elettromagnetismo classico, contrariamente a quanto normalmente sostenuto, riesce a dare una spiegazione del mancato irraggiamento da parte dell’atomo: infatti, per quanto riguarda l’emissione associata al fatto che i due elettroni sono cariche elettriche, essendo i vettori accelerazione, per la legge di azione e reazione, uguali ed opposti, le due emissioni si comporranno e, per interferenza distruttiva, si annulleranno in ogni punto dello spazio purchè la lunghezza d’onda associata ai moti sia molto maggiore della distanza tra le due cariche.

Un discorso del tutto analogo vale per quanto riguarda gli elettroni come magneti in moto (infatti il lettore tenga presente che anche ogni singolo magnete in moto accelerato genera una perturbazione elettromagnetica).

Poiché lo spin nucleare è nullo per quegli atomi che hanno un numero pari di elettroni, potrò sempre pensare a configurazioni simmetriche di moto (e di spin) che non danno luogo ad irraggiamento elettromagnetico.
In ciò credo risieda il profondo significato fisico ed il grande fascino del principio di esclusione di Pauli.

da Ronchini Riccardo
tania.poggio@alice.it