Probabilmente molte persone sono convinte che Albert Einstein abbia ricevuto, nel 1921, il Premio Nobel per la Teoria della Relatività. Non è così. Il grande fisico tedesco ottenne l’ambito riconoscimento per il suo lavoro del 1905 sulla spiegazione dell’effetto fotoelettrico (il premio fu effettivamente assegnato nel 1922).
Può sembrare uno scherzo che quella che viene definita comunemente come la “più bella delle teorie” e che ha cambiato il nostro modo di concepire il tempo e lo spazio, non sia stata insignita del massimo riconoscimento scientifico.
Non dobbiamo però fare l’errore di ritenere il Nobel del 1921 come un mero contentino attribuito dalla Fondazione Nobel al più grande fisico teorico di tutti i tempi.
Semplificando e schematizzando al massimo, immaginiamo l’atomo costituito da un nucleo intorno al quale gli elettroni disegnano delle traiettorie chiamate orbitali. Contrariamente alle orbite che i pianeti disegnano intorno alla propria stella, gli orbitali elettronici sono separati da zone in cui l’accesso degli elettroni è inibito. Però gli elettroni possono facilmente saltare oltre queste aree vietate da un orbitale ad un altro purché assorbano o emettano energia. Più un elettrone è lontano dal nucleo dell’atomo, maggiore è la quantità di energia che trasporta.
Pertanto se si vuole spostare più vicino al nucleo, l’elettrone deve liberarsi di un certo quantitativo di energia, un po’ come fa un pallone aerostatico liberando del gas se vuole abbassarsi di quota.
Ma da dove proviene questa energia? Gli elettroni possono saltare da un orbitale ad un altro emettendo od assorbendo un particolare tipo di luce. Passare da un’orbitale all’altro, saltando le zone vietate, implica infatti l’assorbimento o l’emissione di uno specifico quantitativo di energia corrispondente ad uno specifico raggio luminoso.
Se vengono colpiti da una luce poco energetica gli elettroni rimangono dove sono, senza riuscire ad effettuare il salto da un orbitale ad un altro, se per contro, viene colpito da un contenuto energetico eccessivamente forte, il balzo può essere eccessivo, fino ad espellere l’elettrone dall’atomo.
Nel 1905, il suo Anno Mirabile, Einstein spiegò l’effetto fotoelettrico intuendo che l’estrazione degli elettroni dal metallo si spiegava molto più coerentemente ipotizzando che la radiazione elettromagnetica fosse costituita da pacchetti di energia o quanti, poi denominati fotoni.
Basandosi anche sul lavoro precedente di Max Planck sui quanti di luce, l’ipotesi del grande fisico tedesco prevedeva che ogni fotone trasporti un pacchetto di energia pari a E=h⋅f, dove h è la costante di Planck e f è la frequenza della radiazione elettromagnetica.
Nell’effetto fotoelettrico, ogni fotone interagisce con un singolo elettrone, il quale può liberarsi dalla superficie metallica solo se possiede un’energia maggiore al lavoro di estrazione.
Con questo lavoro Einstein si iscriveva di fatto e a pieno titolo, al ristretto circolo dei fondatori della meccanica quantistica.
