Energia di punto zero

In fisica, l'energia di punto zero (in inglese, zero-point energy, ZPE) è il più basso livello energetico possibile in un sistema quantistico.

Basi fisiche

Dal principio di indeterminazione di Heisenberg deriva che il vuoto è permeato da un mare di fluttuazioni quantistiche che creano coppie di particelle e anti-particelle virtuali che si annichiliscono in un tempo inversamente proporzionale alla propria energia. Il contributo complessivo all'energia del vuoto risulta così mediamente diverso da zero e pari a hf/2 dove h è la costante di Planck e f è la frequenza di un generico modo di vibrazione associabile alla lunghezza d'onda materiale delle particelle virtuali.

Integrando rispetto allo spazio tutti i contributi dati dalle fluttuazioni quantistiche a tutte le energie e lunghezze d'onda si ottiene una quantità di energia enorme per unità di volume. Dal momento che l'energia produce gravità essa dovrebbe contribuire a determinare in modo significativo il valore della costante cosmologica che invece risulta di entità molto esigua. Nella realtà dunque, questa enorme energia viene a elidersi quasi totalmente e non è facile pensare a un modo pratico per estrarla dal suo "background" di vuoto quantistico.

In teoria quantistica dei campi, il termine energia di punto zero è sinonimo di energia del vuoto. L'esistenza di una energia non nulla associata al vuoto è alla base dell'effetto Casimir, previsto nel 1947 e confermato sperimentalmente. Altri effetti derivanti dall'energia di punto zero sono la forza di Van der Waals, lo spostamento Lamb-Rutherford, la spiegazione dello spettro di radiazione di corpo nero di Planck, la stabilità dello stato fondamentale dell'atomo di idrogeno dal collasso radiativo, l'effetto delle cavità di inibire o aumentare l'emissione spontanea di fotoni dagli atomi eccitati e la radiazione di Hawking responsabile dell'evaporazione dei buchi neri.

Bibliografia e fonti

• Sciama, D. W. (1991). Simon Saunders and Henry R. Brown, eds The Philosophy of Vacuum, Oxford: Clarendon Press.

Collegamenti esterni

• (EN) Philip Yam, "Exploiting Zero-point Energy", Scientific American Magazine, dicembre 1997, pp. 82-85.