LA dualidad onda-partícula es una propiedad inherente de la naturaleza tanto para las partículas como para las ondas. La naturaleza dual se puede observar a través de experimentos al investigar el comportamiento de las partículas, como electrones, protones, neutrones e incluso átomos. La dualidad onda-partícula es el resultado de un gran número de experimentos y teorías, como las relacionadas con el efecto fotoeléctrico, aclaradas por Albert Einstein.
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Diferencia entre onda y partícula
Antes de hablar de la dualidad onda-partícula, es importante comprender las características de cada uno de estos aspectos.
A partículas:
- ocupar una posición en el espacio,
- están dotados de masa,
- tener una forma definida,
- están bien ubicados, es decir, su posición se puede determinar fácilmente.
ya el ondas:
- son perturbaciones en el espacio,
- no tienen una posición definida,
- no tener masa,
- son fenómenos que transportan energía,
- están sujetos a los fenómenos de reflexión, refracción, difracción, interferencia, etc.
A pesar de ser cosas totalmente distintas, desde el punto de vista de la física, cada partícula tiene una onda asociada y viceversa. La forma en que se expresa la materia, ya sea en forma de onda o de partícula, está relacionada con cómo se observa.
dualidad onda-partícula
La dualidad onda-partícula llegó a ser cuestionada cuando los resultados experimentales de Heinrich Hertz refiriéndose a la efecto fotoeléctrico se metió en contradicción directa con lo que se esperaba para el comportamiento de la luz, de acuerdo con la teoría electromagnética de James Clerk Maxwell.
Según la teoría actual en ese momento, cualquier frecuencia de luz debería poder expulsar electrones de una hoja de metal, sin embargo, los resultados de Hertz mostraron que solo era de ciertas frecuencias que se detectó dicha emisión.
LA La explicación del efecto fotoeléctrico fue hecha por Albert Einstein, en 1905. Einstein demostró que la luz se comportaba de forma cuantificada, es decir, se distribuía en pequeños "paquetes" de energía que Despojaron electrones del metal si, y solo si, esos paquetes tuvieran un nivel de energía que pudiera ser absorbido por los átomos. de metal. La idea de que la luz pudiera cuantificarse no era nueva, años antes de que el físico alemán la aplicara a la radiación térmica. Max Planck, que explica el fenómeno de problema del cuerpo negro.
En 1923, Louis De Broglie sugirió que las partículas también eran capaces de comportarse como ondas. LA la hipótesis de de Broglie, como se conoció, sugirió la existencia de "ondas de partículas", con esto, se esperaba que los electrones, protones y otras partículas subatómicas pudieran presentar efectos hasta entonces exclusivamente ondulatorios, como refracción (cambio de velocidad de la onda), difracción (capacidad de las ondas para sortear obstáculos), etc.
La hipótesis de De Broglie fue confirmada en 1928 por la Experimento de Davisson-Germer, que consistió en promover la difracción de electrones. Para hacer esto, se dirigió un haz de cátodo a un objetivo de níquel que podía rotarse, a fin de cambiar el ángulo en el que el haz de electrones se enfocaba en el plano de los átomos de níquel. Noníquel.
Los resultados mostraron picos de intensidad para las partículas que se reflejaban en ciertos ángulos, indicando la existencia de un patrón de interferencias constructivas y destructivas para el reflejo de la electrones. La conclusión del experimento fue que los electrones pueden difractarse y producir interferencias, como hizo el ondas electromagnéticas.
La siguiente figura ilustra la situación en la que se difractan los electrones: según la distancia atravesado por cada electrón, se formó un patrón de intensidades, tal como sucede con una onda difractado por un grietapar.
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Explicación de la dualidad onda-partícula
La explicación de la dualidad onda-partícula surgió con el avance de mecánica cuántica. Actualmente, se sabe que todos los sistemas cuánticos se rigen por un mecanismo conocido como Principio de incertidumbre de Heisenberg. Según este principio, las partículas son como un "campo de materia", ya que no es posible determinar con absoluta certeza la posición de una partícula cuántica.
Desde el desarrollo de la Ecuación de Schroedinger, llegamos a comprender que todas las partículas se caracterizan completamente por una función de onda, que nada es más que una expresión matemática que lleva toda la información que se puede extraer de ella. partícula.
Antes de observar un sistema cuántico, su información es indeterminada, después de observarlo, es posible para localizarlos y medirlos, en este caso, decimos que su función de onda se ha colapsado, presentándose en uno de sus estados posibles. En otras palabras, lo que determina si una entidad cuántica es una onda o una partícula es el acto de observación, porque es posible que se realice un experimento y se observe un comportamiento corpuscular y otro experimento revele un comportamiento ondulatorio - todo gracias al imparesdafísicacuántico.
Por Rafael Hellerbrock
Profesor de física
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-natureza-dual-luz.htm
