La costante di Planck, indicata con , è una costante fisica fondamentale della meccanica quantistica, introdotta come la costante di proporzionalità fra l'energia e la frequenza di un fotone nei primi anni del novecento da Max Planck e Albert Einstein, rispettivamente nello studio della radiazione emessa da un corpo nero e dell'effetto fotoelettrico.[1][2] È alla base del dualismo onda-particella[3] e permette la quantizzazione di grandezze come l'energia, la quantità di moto e il momento angolare.
È anche detta quanto d'azione avendo le dimensioni di un'energia per un tempo e nel sistema di unità di misura delle unità atomiche compone l'unità di misura del momento angolare. Inoltre, è una delle costanti fondamentali che definiscono la costante di struttura fine.[4]
Il valore della costante di Planck è senza errori di misura in quanto, a partire dal 20 maggio 2019, è la costante utilizzata per definire il chilogrammo.[5] Il valore scelto è:[6][7]
Ricorre di frequente nella trattazione matematica l'espressione , che viene comunemente indicata per comodità di scrittura nelle formule con il simbolo , denominato " tagliato" o costante di Planck ridotta o costante di Dirac[8], che vale:
Lo stesso argomento in dettaglio: Quantizzazione (fisica).
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La costante di Planck è legata alla quantizzazione delle grandezze dinamiche che caratterizzano lo stato della materia a livello microscopico, ovvero delle particelle che compongono materia e luce: elettroni, protoni, neutroni e fotoni. Ad esempio, l'energia trasportata da un'onda elettromagnetica con frequenza costante può assumere solo valori pari a:[9]
A volte è più conveniente usare la velocità angolare , che dà:
Nel caso di un atomo, la quantizzazione del momento angolare determina nello spettro di emissione atomico righe di emissione corrispondenti a una serie di numeri quantici. Dato il momento angolare totale di un sistema con invarianza rotazionale e il momento angolare misurato lungo ogni data direzione, queste quantità possono assumere solo i valori
Quindi può essere detta "quanto del momento angolare".
Lo stesso argomento in dettaglio: Principio di indeterminazione di Heisenberg.
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La costante di Planck entra anche nel limite di accuratezza nella determinazione dei valori di coppie di variabili, come ad esempio la posizione e la quantità di moto, in base al principio di indeterminazione di Heisenberg. L'indeterminazione nella misurazione della posizione di una particella e l'indeterminazione nella misurazione della sua quantità di moto lungo la stessa direzione sono infatti vincolate dalla disuguaglianza:[10]
Nell'interpretazione più semplice delle relazioni di indeterminazione, le incertezze e sono calcolate come la deviazione standard su di un numero elevato di misure indipendenti delle rispettive grandezze fisiche eseguite su sistemi identici[11].