Diffrazione

L'etimologia di diffrazione si riferisce a diffractus, un termine che può essere tradotto come "rotto". Questo concetto è usato in fisica per riferirsi alla deflessione di un'onda quando passa attraverso un'apertura o colpisce il bordo di un elemento opaco.

La diffrazione è un fenomeno che coinvolge tutte le onde: elettromagnetiche, radio, sonore, ecc, ed è possibile prevedere il suo sviluppo usando diversi approcci matematici. Quando l'onda passa attraverso una fessura o incontra un ostacolo, viene deviata.

C'è un metodo di analisi chiamato principio di Huygens, che ci permette di comprendere la diffrazione come un fronte d'onda che viene visto come una serie di emettitori in grado di reindirizzare l'onda quando oscilla e favorire così la sua propagazione. Anche se le onde prodotte dagli oscillatori sono sferiche, la loro interferenza provoca un'onda piana che si muove nella stessa direzione dell'onda iniziale.

La diffrazione in campo vicino, conosciuta anche come diffrazione di Fresnel (da Augustin-Jean Fresnel, un fisico francese nato nel 1788 e morto nel 1827), è un modello di diffrazione di quelle onde elettromagnetiche che si ottiene nelle vicinanze dell'elemento che causa il fenomeno stesso, che di solito è un'apertura o una sorgente.

Nel campo dell'ottica, la branca della fisica che studia le proprietà e il comportamento della luce, un'apertura è un foro o un buco attraverso il quale passa la luce. Messa in termini più specifici, è la determinante dell'angolo al quale il cono del fascio di raggi sarà focalizzato nel piano.

Un altro concetto chiave per comprendere e calcolare la diffrazione del campo vicino è il numero di Fresnel, un altro dei contributi del rispettato fisico francese. È un numero che non è definito da unità fisiche (cioè un numero senza dimensione o puro), usato nel campo dell'ottica e definito dalla seguente equazione: Apertura al quadrato / Distanza tra apertura e schermo x Lunghezza d'onda.

La diffrazione in campo lontano o Fraunhofer, invece, è orientata a un'onda la cui sorgente e lo schermo sono lontani dall'ostacolo che causa la diffrazione, in modo che le onde piane (dette anche monodimensionali, sono costanti e i loro fronti d'onda sono paralleli e normali alla velocità di fase) impattino su questi due.

È corretto dire che la diffrazione in campo lontano è un caso particolare della precedente. La sua analisi è più facile, dato che la distanza tra l'apertura e lo schermo è considerevole ed è possibile studiare i raggi in parallelo, cosa che non avviene con la diffrazione da campo vicino.

Grazie all'uso del numero di Fresnel è possibile sapere con quale dei due tipi di diffrazione abbiamo a che fare: quando il suo valore è molto inferiore all'unità, il fenomeno presente è la diffrazione da campo lontano, e viceversa.

Il fenomeno della diffrazione viene applicato in diversi tipi di studi e ricerche. La cosiddetta cristallografia a raggi X si basa sulla diffrazione per analizzare materiali con struttura periodica, come i cristalli. Questa tecnica è stata molto importante nello studio della struttura del DNA, per esempio.

In questo caso, i raggi X subiscono la diffrazione a causa degli elettroni che si trovano intorno agli atomi nel cristallo. Il fascio che emerge da questo incontro contiene dati sui tipi di atomi e sulle posizioni degli atomi. Queste informazioni sono osservate e misurate da vari rivelatori.