LA DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO
Hemos visto cómo la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos no podían explicarse con la física clásica.
La teoría fotónica de Einstein para explicar el efecto fotoeléctrico, se confirmó aun más con el descubrimiento de un nuevo fenómeno conocido como efecto Compton. Este efecto podía explicarse considerando que el fotón se comportaba en él como una partícula material, es decir, la luz tenía un doble comportamiento como onda y como partícula.
Se empezaba a intuir que debía existir una explicación más fundamental de la naturaleza que condujese a todas las nuevas teoría que estaban apareciendo. En 1924 Louis de Broglie estableció lo que sería uno de los pilares de esta nueva física (la mecánica cuántica) al proponer la doble naturaleza corpuscular y ondulatoria para todas las partículas. Si la luz es una onda que en determinadas circunstancias se manifiesta como partículas (los fotones) las partículas también podrían manifestarse como ondas.
Relacionando la energía del fotón (a partir de la relación de Planck) con la energía relativista correspondiente a su masa obtenida de la expresión de Einstein:
Igualando ambas expresiones:
El principio de De Broglie generaliza el resultado para cualquier partícula: toda partícula material que se mueva lleva asociada una onda cuya longitud de onda viene dada por la expresión:
λ = h/p
En esta expresión p es la cantidad de movimiento, la masa de la partícula por su velocidad.
En 1927 Davisson y Germer consiguieron experimentalmente difractar un haz de electrones, es decir consiguieron un fenómeno ondulatorio con partículas. La longitud de onda asociada estaba en perfecta concordancia con la que predecía la ecuación de De Broglie. Experiencias posteriores demostraron que no solo los electrones sino también protones, neutrones, núcleos pesados y, en general, todas las partículas materiales presentan este comportamiento ondulatorio.
El valor extremadamente pequeño de la constante de Planck (h), del orden de diez elevado a menos 34, impide que pueda apreciarse la onda para objetos macroscópicos, y su carácter ondulatorio puede despreciarse pues la longitud de onda, incluso a velocidades altas, es pequeñísima.
El estándar de aprendizaje que hace referencia a estos contenidos es:
"Determina las longitudes de onda asociadas a partículas en movimiento a diferentes escalas, extrayendo conclusiones acerca de los efectos cuánticos a escalas macroscópicas".
Para practicar todo esto podemos hacer los siguientes ejercicios para ir entrenándonos:
He mirado los de selectividad y son más difíciles, así que hacemos estos primero y luego os pongo algo sacado de selectividad.
