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Dualidad onda-partícula

1924
  • Louis de Broglie
  • Albert Einstein
  • Niels Bohr
Experimento de laboratorio que demuestra la dualidad onda-partícula en física cuántica.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Todas las entidades cuánticas, como los fotones y los electrones, presentan propiedades tanto de partícula como de onda. Dependiendo de la configuración experimental, pueden comportarse como una partícula localizada o como una onda distribuida. La hipótesis de de Broglie afirma que cualquier partícula con momento [latex]p[/latex] tiene asociada una longitud de onda [latex]\lambda = h/p[/latex], donde [latex]h[/latex] es la constante de Planck.

La dualidad onda-partícula es la piedra angular de la mecánica cuántica y resuelve la dicotomía clásica entre partículas y ondas. La primera vez que se consideró seriamente este concepto fue en el caso de la luz, que presenta fenómenos ondulatorios como la difracción y la interferencia (como demostró el experimento de la doble rendija de Thomas Young) y un comportamiento similar al de las partículas en el efecto fotoeléctrico (explicado por Einstein). En 1924, Louis de Broglie, en su tesis doctoral, propuso que esta dualidad era universal y se aplicaba tanto a la materia como a la luz. Su hipótesis era que cualquier partícula tiene una longitud de onda característica inversamente proporcional a su momento.

Esta idea radical fue confirmada experimentalmente en 1927 por Clinton Davisson y Lester Germer, e independientemente por George Paget Thomson, que observaron patrones de difracción de electrones cuando éstos eran dispersados por un cristal de níquel. Esto demostró que los electrones, antes considerados puramente partículas, también tienen propiedades ondulatorias. La dualidad se resume en la relación de De Broglie [latex]\lambda = h/p[/latex]. Para los objetos macroscópicos, el momento [latex]p[/latex] es tan grande que la longitud de onda [latex]\lambda[/latex] es infinitesimal e indetectable, razón por la cual no observamos un comportamiento ondulatorio en los objetos cotidianos. El principio de complementariedad de Niels Bohr afirma que los aspectos de onda y partícula de un objeto cuántico son complementarios; un experimento puede revelar uno u otro aspecto, pero no ambos simultáneamente.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Física cuántica

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Experimento de la doble rendija de Thomas Young (1801)
  • Explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico (1905)
  • Modelo de Bohr del átomo (1913)
  • Dispersión de Compton (1923)

Aplicaciones

  • microscopía electrónica
  • difracción de neutrones
  • computación cuántica (qubits)
  • física de semiconductores
  • microscopía de átomos de helio

Patentes:

NA

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Relacionado con: dualidad onda-partícula, longitud de onda de de Broglie, complementariedad, difracción de electrones, mecánica cuántica, experimento de la doble rendija, fotón, electrón.

Contexto histórico

Dualidad onda-partícula

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1926
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1922
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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