IL dualità onda-particella è una proprietà intrinseca della natura sia per le particelle che per le onde. La doppia natura può essere osservata attraverso gli esperimenti quando si indaga sul comportamento delle particelle, come elettroni, protoni, neutroni e persino atomi. La dualità onda-particella è il risultato di un gran numero di esperimenti e teorie, come quelle relative all'effetto fotoelettrico, chiarite da Albert Einstein.
Vedi anche: Bosoni, Fermioni, Leptoni – Modello Standard di Fisica delle Particelle
Differenza tra onda e particella
Prima di parlare della dualità onda-particella, è importante comprendere le caratteristiche di ciascuno di questi aspetti.
A particelle:
- occupare una posizione nello spazio,
- sono dotati di massa,
- avere una forma definita,
- sono ben posizionati, cioè la loro posizione può essere facilmente determinata.
già il onde:
- sono disturbi nello spazio,
- non hanno una posizione definita,
- non avere massa,
- sono fenomeni che trasportano energia,
- sono soggetti ai fenomeni di riflessione, rifrazione, diffrazione, interferenza, ecc.
Nonostante siano cose totalmente diverse, dal punto di vista della fisica, ad ogni particella è associata un'onda e viceversa. Il modo in cui la materia si esprime, sia in forma d'onda che di particella, è correlato a come viene osservata.
dualità onda-particella
La dualità onda-particella venne messa in discussione quando i risultati sperimentali di Heinrich Hertz riferiti alla to effetto fotoelettrico entrato in contraddizione diretta con quanto previsto per il comportamento della luce, secondo la teoria elettromagnetica di James Clerk Maxwell.
Secondo l'attuale teoria dell'epoca, qualsiasi frequenza di luce dovrebbe essere in grado di espellere elettroni di una lamiera, tuttavia, i risultati di Hertz hanno mostrato che era solo da determinate frequenze che tale emissione è stata rilevata.
IL spiegazione per l'effetto fotoelettrico è stata fatta da Albert Einstein, nel 1905. Einstein mostrò che la luce si comportava in modo quantizzato, cioè era distribuita in piccoli “pacchetti” di energia che strappato elettroni dal metallo se, e solo se, quei pacchetti avessero un livello di energia che potesse essere assorbito dagli atomi. di metallo. L'idea che la luce potesse essere quantizzata non era nuova, anni prima che questa idea fosse stata applicata alla radiazione termica dal fisico tedesco. Max Planck, che spiegava il fenomeno di problema del corpo nero.
Nel 1923, Louis De Broglie suggerì che anche le particelle fossero in grado di comportarsi come onde. IL l'ipotesi di de Broglie, come divenne noto, suggeriva l'esistenza di "onde di particelle", con ciò, ci si aspettava che elettroni, protoni e altre particelle subatomiche potessero presentare effetti fino ad allora esclusivamente ondulatori, come rifrazione (cambiamento della velocità delle onde), diffrazione (capacità delle onde di aggirare gli ostacoli) ecc.
L'ipotesi di De Broglie fu confermata nel 1928 dal Esperimento Davisson-Germer, che consisteva nel promuovere diffrazione di elettroni. Per fare ciò, un fascio catodico è stato diretto su un bersaglio di nichel che poteva essere ruotato, in modo da cambiare l'angolo con cui il fascio di elettroni si focalizzava sul piano degli atomi di nichel. nonichel.
I risultati hanno mostrato picchi di intensità per le particelle che si riflettevano a determinati angoli, indicando l'esistenza di un pattern di interferenze costruttive e distruttive per la riflessione del elettroni. La conclusione dell'esperimento è stata che gli elettroni possono essere diffratti e produrre interferenze, come ha fatto il onde elettromagnetiche.
La figura seguente illustra la situazione in cui gli elettroni vengono diffratti: in base alla distanza attraversato da ciascun elettrone, si forma un modello di intensità, proprio come accade per un'onda diffratto da a crepapaio.
Vedi anche: Cosa sono Buraco nero?
Spiegazione della dualità onda-particella
La spiegazione della dualità onda-particella è emersa con l'avanzare di meccanica quantistica. Attualmente, è noto che tutti i sistemi quantistici sono governati da un meccanismo noto come Il principio di indeterminazione di Heisenberg. Secondo questo principio, le particelle sono come un “campo di materia”, poiché non è possibile determinare con assoluta certezza la posizione di una particella quantistica.
Dallo sviluppo del Equazione di Schroedinger, arriviamo a capire che tutte le particelle sono completamente caratterizzate da una funzione d'onda, che nulla è più di un'espressione matematica che contiene tutte le informazioni che possono essere estratte da essa. particella.
Prima di osservare un sistema quantistico, le sue informazioni sono indeterminate, dopo averlo osservato, è possibile per localizzarli e misurarli, in questo caso, diciamo che la sua funzione d'onda è collassata, presentandosi in una delle sue stati possibili. In altre parole, ciò che determina se un'entità quantistica è un'onda o una particella è il atto di osservazione, perché è possibile che si effettui un esperimento e si osservi un comportamento corpuscolare e un altro esperimento riveli un comportamento ondulatorio - tutto grazie al probabilitàdàfisicaquantistico.
Di Rafael Hellerbrock
Insegnante di fisica
Fonte: Scuola Brasile - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-natureza-dual-luz.htm