El comportamiento p ondulatorio de la materia

El comportamiento
p
ondulatorio de la materia
Ing. Carmen López Castro
El comportamiento ondulatorio de la materia
En los
E
l años
ñ que siguieron
i i
all desarrollo
d
ll del
d l modelo
d l del
d l átomo
á
de
d hidrógeno
hid ó
de Bohr, la naturaleza dual de la energía radiante se convirtió en un
concepto conocido. Dependiendo de las circunstancias experimentales, la
radiación parece tener un carácter ondulatorio o de partícula (fotón).
(fotón)
Louis de Broglie (1892-1987), quien estaba trabajando en su tesis de
doctorado en física en la Sorbona de París, encendió audazmente esta
idea. Si,, en las condiciones apropiadas,
p p
, la energía
g radiante se podía
p
comportar como si fuera una corriente de partículas, ¿podría la materia,
en condiciones apropiadas, exhibir las propiedades de una onda?
Supongamos que consideramos al electrón en órbita alrededor de un
núcleo
ú l de
d un átomo
át
de
d hidrógeno
hid ó
como una onda,
d con una longitud
l it d
característica. De Broglie sugirió que el electrón en su trayectoria circular
alrededor del núcleo tiene asociada una longitud de onda específica, y
propuso que la longitud de onda característicadel electrón o de cualquier
otra partícula depende de su masa, m, y su velocidad, v:
λ=
h
mv
(h es la constante de Planck). La cantidad
mv para cualquier objeto es su momento e
ímpetu De Broglie utilizó el término ondas
ímpetu.
de materia para describir las
características ondulatorias de las
partículas materiales.
Puesto que la hipótesis de De Broglie es
aplicable a toda la materia, cualquier
objeto con masa m y velocidad v daría
origen a una onda de materia
característica. Sin embargo, la ecuación
indica q
que la longitud
g
de onda asociada a
un objeto de tamaño ordinario, como una
pelota de golf, es tan pequeña que está más
allá
llá del
d l alcance
l
de
d cualquier
l i posible
ibl
observación. Esto no sucede con el
electrón por que su masa es muy pequeña.
Unos cuantos años
U
ñ ddespués
é de
d que De
D B
Broglie
li publicara
bli
su
teoría, las propiedades ondulatorias del electrón se
demostraron experimentalmente
experimentalmente. Los electrones eras
difractados por cristales, igual que los rayos X.
L té
La
técnica
i de
d difracción
dif
ió de
d electrones
l t
se ha
h desarrollado
d
ll d
mucho. En el microscopio electrónico se aprovechan las
características ondulatorias de los electrones para obtener
imágenes de objetos diminutos. Este microscopio es una
herramienta importante para estudiar fenómenos
superficiales con una amplificación muy alta.
La figura es una fotografía de una imagen de
microscopio electrónico. Tales imágenes son
impactantes demostraciones de que las pequeñísimas
partículas de materia realmente se pueden comportar
d
El principio de incertidumbre
El descubrimiento de las propiedades ondulatorias de la
materia hizo surgir nuevas e interesantes preguntas acerca
de la ffísica clásica. Consideremos, por
p ejemplo,
j p una pelota
p
rueda hacia abajo por una rampa. Si usamos la física
clásica, podemos calcular exactamente la posición de la
pelota,
l t su dirección
di
ió de
d movimiento
i i t y su rapidez
id en
cualquier instante. ¿Podemos hacer lo mismo con un
electrón que exhibe propiedades ondulatorias? Una onda se
extiende en el espacio, y su posición no está definida con
precisión. Por tanto, podemos esperar que sea imposible
determinar exactamente dónde está ubicado un electrón en
un instante específico.
El físico alemán Werner Heisenberg llegó a
la conclusión de que la doble naturaleza de la
materia impone una limitación fundamental a
la precisión con que podemos conocer tanto
la posición como el momento de cualquier
objeto. La limitación es importante sólo
cuando tratamos con materia en el nivel
subatómico, es decir, cuando la masa es tan pequeña como la
de un electrón. El postulado de Heisenberg se conoce como
principio de incertidumbre
incertidumbre. Si aplicamos a este principio a
los electrones de un átomo, nos dice que es inherentemente
imposible conocer simultáneamente tanto el momento exacto
del electrón como su posición exacta en el espacio. Por
consiguiente, no resulta apropiado imaginar a los electrones
en movimiento en órbitas circulares bien definidas alrededor
del núcleo.
La hipótesis de De Broglie y el principio de
incertidumbre de Heinsenberg prepararon la escena
ppara una teoría de la estructura atómica nueva y de
aplicación más amplia. En este nuevo enfoque se
abandona cualquier intento por definir
precisamente la ubicación y el momento instantáneo
de los electrones.
electrones Se reconoce la naturaleza
ondulatoria del electrón, y su comportamiento se
describe en términos apropiados para las ondas
ondas.