El comportamiento ondulatorio de la materia Ing. Carmen López Castro

El comportamiento ondulatorio de la materia En los años que siguieron al desarrollo del modelo del átomo de hidrógeno 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). 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, la energía radiante se podía 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 de un átomo de hidrógeno como una onda, con una longitud 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) (h es la constante de Planck). La cantidad mv para cualquier objeto es su momento e ímpetu. De Broglie utilizó el término ondas 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 que la longitud de onda asociada a un objeto de tamaño ordinario, como una pelota de golf, es tan pequeña que está más allá del alcance de cualquier posible observación. Esto no sucede con el electrón por que su masa es muy pequeña.

Unos cuantos años después de que De Broglie publicara su teoría, las propiedades ondulatorias del electrón se demostraron experimentalmente. Los electrones eras difractados por cristales, igual que los rayos X. La técnica de difracción de electrones se ha desarrollado 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 como ondas.

El principio de incertidumbre El descubrimiento de las propiedades ondulatorias de la materia hizo surgir nuevas e interesantes preguntas acerca de la física clásica. Consideremos, por ejemplo, una pelota rueda hacia abajo por una rampa. Si usamos la física clásica, podemos calcular exactamente la posición de la pelota, su dirección de movimiento y su rapidez 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 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. 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 para 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. Se reconoce la naturaleza ondulatoria del electrón, y su comportamiento se describe en términos apropiados para las ondas.