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Materia, ondas y naturaleza: la dualidad onda corp�sculo

Por Alberto Requena Rodr�guez - Luis Manuel Tom�s Balibrea

La luz y la materia, tan dististas y distantes, aparentemente, tienen propiedades coincidentes. Pero la F�sica Clasica distingue muy bien entre part�culas materiales y ondas.

Publicado: Lunes, 24/11/2008 - 6:46  | 8287 visitas.

Onda-part�cula congelada en un experimento
Onda-part�cula congelada en un experimento
Imagen: Agencias / Internet
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Las primeras exhiben una realidad espacial, teniendo masa, mientras que las segundas no tienen masa, aunque se extienden por el espacio a una velocidad definida. La F�sica Cu�ntica, sin embargo no considera diferencias fundamentales entre ambas.

Anteriormente a Einstein ya se hab�an detectado complicidades entre la radiaci�n y la materia, porque examinando el comportamiento del selenio, Smith repar� a mediados del siglo XIX que aumentaba la conductividad el�ctrica cuando se iluminaba. Otro fen�meno parecido acontec�a con la c�lula solar que construy� Fritts en 1884, que recubri� una c�lula de selenio con una fina capa de oro y logr� la transformaci�n de energ�a luminosa en energ�a el�ctrica. En 1887 Hertz identific� el efecto fotoel�ctrico que encontr� explicaci�n cabal en la aportaci�n de Einstein en 1905 que incorpor� el concepto de cuanto introducido por Planck para explicar el umbral que hay que superar para poder arrancar un electr�n de un material haciendo incidir radiaci�n sobre �l, lo que se denominar�a funci�n de trabajo. La interacci�n ten�a lugar mediante paquetes de energ�a que denominaron cuantos. Esta explicacion le vali� el premio Nobel.

De Broglie en 1924 introdujo en su Tesis Doctoral el concepto ondas de materia. Vino a formular una hip�tesis complementaria a la que utiliz� Einstein para dar explicaci�n al efecto fotoel�ctrico, consistente en que un material emite electrones cuando se ilumina con radiaci�n visible o ultravioleta. Se pon�a fin a una acumulaci�n de hechos que hab�an llevado a interpretaciones diferentes. Por una lado, la formulaci�n de la teor�a at�mica a finales del XIX, conceb�a la materia constituida por part�culas elementales denominadas �tomos. La electricidad, concebida inicialmente como fluido, t�rmino que empleamos en la actualidad, vino a alterarse tras la aportaci�n de Thomson que evidenci� que se trataba de un flujo de part�culas, llamadas electrones, como se desprend�a de los experimentos efectuados con rayos cat�dicos. La conclusi�n pod�a ser que la Naturaleza estaba constituida por part�culas. Pero por otro lado las ondas y sus manifestaciones m�s genuinas como son la difracci�n y la interferencia parec�an ser comunes con las propiedades observadas a la luz, como demostr� Young. En este escenario se cambi� de siglo con la aportaci�n adicional de Planck que interpret� la radiaci�n del cuerpo negro considerando hipot�ticamente la existencia de unos cuantos de energ�a a los que llam� fotones, con lo que conciliaba el comportamiento de la radiaci�n, la g�nesis de la misma y su relaci�n con la longitud de onda y la energ�a con las caracter�sticas de la onda producida. Einstein con el efecto fotoel�ctrico en que emple� la propuesta de Planck, daba paso a la concepci�n de que la luz pose�a las propiedades de una part�cula. Posteriormente los electrones tambi�n mostraron propiedades de ondas al detectarse la difracci�n, con lo que pasaron a engrosar la lista de part�culas que tambi�n se comportaban como ondas. Conceptualmente todo quedaba confuso hasta que se formaliz� la nueva Mec�nica, denominada Cu�ntica que vendr�a a enmarcar las propiedades de part�culas y ondas como manifestaciones que dependen del escenario en que se contemplen. La ecuaci�n de Scrh�dinguer describe a cualquier part�cula de la naturaleza y sus soluciones se denominan funciones de onda, que vienen a reflejar los comportamientos ondulatorios de la materia. Estas funciones describen fen�menos de interferencia y difracci�n, pero al mismo tiempo nos proporcionan la probabilidad de que la part�cula material se encuentre en una posici�n determinada. As�, si buscamos un part�cula, la encontraremos y si queremos detectar una onda, no hay nada que lo impida. Pero esta propiedad no es privativa de unas determinadas part�culas, sino que cualquier particula tiene asociada una onda como De Broglie propuso, otra cosa es que si el tama�o de la part�cula es muy grande, la longitud de la onda asociada es suficientemente peque�a como para que resulte ser despreciable.

Einstein no solo estableci� referencias ineludibles en el marco cient�fico, sino que inspir� buena parte de los desarrollos cient�ficos efectuados en el siglo pasado. De Broglie, al amparo de la propuesta de Einstein de que en determinados procesos la luz se comportaba como corp�sculos, pens� que bien pudiera ocurrir, tambi�n, lo contrario, que las part�culas materiales exhibieran comportamiento ondulatorio. En 1990 el fulereno con una masa at�mica de 720, 1 nanometro de di�metro y 60 carbonos en su cadena, lo que supone una longitud de onda de Broglie de 2.5 picometros, fu� detectada. Es el objeto mayor en el que se han detectado propiedades ondulatorias.

Publicado originalmente en El Faro de Cartagena (Espa�a)

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