Dualidad onda-partícula - Definición

La dualidad onda-partícula describe las propiedades de los fotones y las partículas subatómicas para exhibir propiedades tanto de las ondas como de las 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 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 las entidades macroscópicas..

Evidencia de 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 por la teoría electromagnética clásica. Heinrich Hertz señaló que la luz ultravioleta brillante en los electrodos mejoraba su capacidad de generar chispas eléctricas (1887). Einstein (1905) explicó el efecto fotoeléctrico como resultado de la luz transportada en paquetes discretos cuantizados. 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 Millikan ganó el Premio Nobel en 1923 por "su trabajo en la carga elemental de electricidad y sobre el efecto fotoeléctrico ".

Experimento Davisson-Germer - La luz se comporta como las olas

El experimento de Davisson-Germer confirmó la hipótesis deBroglie y sirvió de base para la formulación de la mecánica cuántica. El experimento esencialmente aplicó la ley de difracción de Bragg a las partículas. El aparato de vacío experimental midió las energías de electrones dispersadas desde la superficie de un filamento de alambre calentado y permitió golpear una superficie metálica de níquel. El haz de electrones podría rotarse para medir el efecto de cambiar el ángulo de los electrones dispersos. Los investigadores encontraron que la intensidad del haz disperso alcanzó su punto máximo en ciertos ángulos. Esto indicaba el comportamiento de las olas y podría explicarse aplicando la ley de Bragg al espacio de la red de cristal 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 ola 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 onda "colapsa" en un solo punto y se convierte en un fotón..