Observaciones recientes tanto de la onda y la naturaleza de las partículas de un campo plasmónica - un campo producido por oscilante colectivamente electrones en la superficie de un metal - en una sola imagen han llevado a titulares de noticias y algunos malos entendidos. Las reclamaciones sobre la posible trastocada del principio de complementariedad, que establece que no se puede observar de forma simultánea tanto de onda y el comportamiento de las partículas, aparecieron en los medios de comunicación recientemente.
Pero no te preocupes; el principio de complementariedad queda confirmada.
Dualidad onda-partícula
A principios de la década de 1900, la física cuántica se desarrolló a partir de los resultados que las ondas electromagnéticas pueden comportarse como partículas al golpear la superficie de un metal y expulsar un electrón. Si solamente se comportaba como una onda, a continuación, el aumento de la amplitud de la onda que aumentaría la velocidad del electrón expulsado. Pero en lugar de aumentar la velocidad del electrón, el aumento de la amplitud acaba de aumentar el número de electrones expulsados.
Los físicos también encontraron que la frecuencia de la onda de luz interactúa con la superficie metálica jugó un papel importante. Si la frecuencia de la onda electromagnética estaba por debajo de un cierto valor (que dependía del tipo de metal), a continuación, fueron expulsados no hay electrones. Si la frecuencia de la luz se incrementó continuamente por encima del valor mínimo, entonces los electrones expulsados tenían una mayor energía cinética.
Einstein propuso en 1905 que la onda electromagnética incide sobre la superficie de metal se comportaba como una partícula llamada un fotón. Un fotón es una unidad localizada, o paquete, de energía electromagnética. La energía de un fotón es igual a su frecuencia lleva multiplicado por una constante, denominada constante de Planck. (Planck había introducido este valor unos años antes al tratar de ajustar los datos de radiación de cuerpo negro).
Cuando el fotón golpeó la superficie del metal, que dejó de existir, transferir su energía al electrón. Si el fotón tenía la frecuencia mínima necesaria para el electrón al ser expulsado, entonces el electrón fue expulsado, pero no tenía el movimiento después de la expulsión.
Si el fotón tenía una mayor frecuencia (y por tanto una energía mayor), el electrón fue expulsado y tenía movimiento, lo que podría ser medido.
La cantidad de energía asociada con el movimiento del electrón era equivalente a la energía del fotón tenía por encima de la cantidad mínima requerida para expulsar un electrón.
Los físicos construyeron en gran medida de las ideas de Einstein en los próximos años, incluyendo el modelo de Bohr introducido en 1913 por Niels Bohr. Él desarrolló un modelo cuantizado del átomo de hidrógeno que tenía electrones orbitando un núcleo a valores específicos de radios y energía correspondientes.
Este modelo ayudó a explicar los espectros de emisión que se observaron en el momento. Las transiciones de un nivel de energía superior a un nivel de energía más bajo correspondió a la emisión de un fotón cuya energía era igual a la diferencia de energías entre los dos niveles.
Cerca de veinte años después de que Einstein introdujo la idea de una naturaleza corpuscular asociada a una onda electromagnética, de Broglie introdujo la idea de una naturaleza de onda asociada a una partícula.
Debido a que las ondas electromagnéticas pueden actuar como partículas y tienen el impulso (descrito también por la teoría especial de la relatividad), de Broglie sugirió en 1924 que las partículas pueden actuar como ondas.
La relación entre el momento de un fotón y su longitud de onda es:
De Broglie introdujo la idea de que la longitud de onda que describe la naturaleza de onda de una partícula es
Partículas no relativistas son partículas que se mueven a velocidades no cerca de la velocidad de la luz.
El momento de una partícula relativista es su masa multiplicada por su velocidad. Para un artículo de uso diario tales como un coche (aproximadamente 1.800 kg) que se mueve a 65 millas por hora (aproximadamente 30 m / s), la longitud de onda sería 1.227 × 10- 38 metros, que es demasiado pequeña para ser medida.
Para un electrón que viaja a un cuarto de la velocidad de la luz sería 9.698 × 10- 12 m, un pequeño, pero un efecto medible.