Dualidad onda-partícula - Definición

La dualidad onda-partícula describe las propiedades de los fotones y las partículas subatómicas para exhibir propiedades tanto de ondas como de partículas. La dualidad onda-partícula es una parte importante de la mecánica cuántica, ya que ofrece una manera de explicar por qué los conceptos de «onda» y «partícula», que funcionan en la mecánica clásica, no cubren el comportamiento de los objetos cuánticos . La naturaleza dual de la luz ganó aceptación después de 1905, cuando Albert Einstein describió la luz en términos de fotones, que exhibían propiedades de partículas, y luego presentó su famoso artículo sobre la relatividad especial, en el que la luz actuaba como un campo de ondas.

Partículas que exhiben dualidad onda-partícula

Se ha demostrado la dualidad onda-partícula para fotones (luz), partículas elementales, átomos y moléculas. Sin embargo, las propiedades de onda de las partículas más grandes, como las moléculas, tienen longitudes de onda extremadamente cortas y son difíciles de detectar y medir. La mecánica clásica es generalmente suficiente para describir el comportamiento de entidades macroscópicas.

Evidencia de la dualidad onda-partícula

Numerosos experimentos han validado la dualidad onda-partícula, pero hay algunos experimentos tempranos específicos que terminaron el debate sobre si la luz consiste en ondas o partículas:

Efecto fotoeléctrico: la luz se comporta como partículas

El efecto fotoeléctrico es el fenómeno en el que los metales emiten electrones cuando se exponen a la luz. El comportamiento de los fotoelectrones no podría explicarse mediante la teoría electromagnética clásica. Heinrich Hertz notó que hacer brillar los electrodos con luz ultravioleta mejoraba su capacidad para producir chispas eléctricas (1887). Einstein (1905) explicó que el efecto fotoeléctrico es el resultado de la luz transportada en paquetes discretos cuantificados. El experimento de Robert Millikan (1921) confirmó la descripción de Einstein y llevó a Einstein a ganar el Premio Nobel en 1921 por «su descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico» y a Millikan a ganar el Premio Nobel en 1923 por «su trabajo sobre la carga elemental de la electricidad y sobre el efecto fotoeléctrico «.

Experimento Davisson-Germer – La luz se comporta como ondas

El experimento de Davisson-Germer confirmó la hipótesis de DeBroglie y sirvió de base para la formulación de la mecánica cuántica. El experimento aplicó esencialmente la ley de difracción de Bragg a las partículas. El aparato de vacío experimental midió las energías electrónicas esparcidas desde la superficie de un filamento de alambre calentado y se dejó golpear una superficie de metal de níquel. El haz de electrones podría girarse para medir el efecto de cambiar el ángulo sobre los electrones dispersos. Los investigadores encontraron que la intensidad del rayo disperso alcanzó su punto máximo en ciertos ángulos. Esto indicó el comportamiento de las ondas y podría explicarse aplicando la ley de Bragg al espaciado de la red cristalina de níquel.

Experimento de doble rendija de Thomas Young

El experimento de la doble rendija de Young se puede explicar utilizando la dualidad onda-partícula. La luz emitida se aleja de su fuente como una onda electromagnética. Al encontrar una hendidura, la onda pasa a través de la hendidura y se divide en dos frentes de onda, que se superponen. En el momento del impacto en la pantalla, el campo de ondas «colapsa» en un solo punto y se convierte en un fotón.