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¿Y la materia?

Si los fotones se pueden comportar como ondas y como partículas, ¿por qué no podrían hacer lo mismo otras partículas?

Esta es la pregunta que se hizo Louis De Broeglie en 1924 y que culminó en su tesis llamada Recherches sur la théorie des quanta (Investigaciones sobre la teoría cuántica), la cual especulaba con la naturaleza del electrón y la posibilidad de que pudiera comportarse como onda y como partícula.

Para describir el comportamiento del electrón como onda, De Broeglie empleó la misma ecuación definida para el fotón por Einstein:

Longitud de onda de un electrón según De Broglie

Longitud de onda de un electrón

Su trabajo era altamente especulativo, ya que la longitud de onda de un electrón según su fórmula era sumamente pequeña y no había posibilidad de tener una rendija lo suficientemente pequeña para provocar difracción en una “onda” electrón.

Pero la ciencia está llena de casualidades y en 1927, C.J. Davison y L.H. Germer cristalizaron por accidente el blanco de níquel sobre el que estaban trabajando para estudiar la dispersión de los electrones y obtuvieron un resultado asombroso, que implicaba que los electrones estaban sufriendo difracción: habían encontrado las rendijas que se necesitaban para demostrar la hipótesis de De Broeglie. En el mismo año, G.P. Thompson obtuvo el mismo resultado mediante otro método basado en la transmisión de electrones a través de hojas delgadas de metal. Las longitudes de onda obtenidas para las señales difractadas cumplían con exactitud las previsiones de De Broeglie y dependían de la constante de Planck y del momento (p = mv) de los electrones.

Con este descubrimiento se abría la puerta al microscopio electrónico. Si los electrones se comportaban como ondas, era posible utilizarlos para “ver”, y al tener longitudes de onda mucho más pequeñas que el fotón se podrían ver objetos mucho más pequeños.

De Broeglie ganó el premio Nobel en 1929 y Davison y Thompson lo consiguieron unos años más tarde, en 1937.

Posteriormente, se demostró que las fórmulas de De Broeglie no solo son aplicables a los electrones, sino que su aplicación se extiende a toda la materia. Es decir, nosotros también somos una onda. Vamos a comprobar cual sería la longitud de onda de una persona de 73 kg corriendo a una velocidad de 12 km/h:

La longitud de onda obtenida es 21 órdenes de magnitud menor que, por ejemplo, el radio medio de un átomo de hidrógeno. Lamentablemente, no existen rendijas en la naturaleza que nos permitan ver como nos difractamos al salir a correr por la mañana.

Curiosidades de la ciencia: La dualidad onda partícula y la familia Thompson.

En 1906 J.J. Thompson ganó el premio Nobel por sus investigaciones en la conducción de la electricidad en gases, obteniendo la relación entre carga y masa del electrón. Su hijo G.P. Thompson ganó el nobel en 1937 por demostrar la naturaleza ondulatoria del electrón. Padre e hijo ganaron sus premios Nobel demostrando la existencia del electrón como partícula y como onda respectivamente y ambos tenían razón.

Bibliografía

– Física Cuántica. Eisberg, Resnick.

– Física para la ciencia y la tecnología. Tipler, Mosca. 6ª edición. Editorial Reverté

www.nobelprize.org

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