LA MECÁNICA CUÁNTICA

 

 

La Mecánica Cuántica es la rama de la física que estudia la naturaleza a escalas espaciales pequeñas, los sistemas atómicos y subatómicos con sus diferentes partículas y sus interacciones con la radiación electromagnética, en términos de cantidades observables. Se basa en la observación de que todas las formas de energía se liberan en unidades discretas o paquetes llamados “cuantos”. 

Estas partículas tienen algunas propiedades que describimos a continuación.

 

CUANTIZICACIÓN DE LA ENERGÍA

La energía no es una magnitud continua sino que está “cuantizada”, dicho de otra manera, no se transmite como un chorro de agua sino como un chorro de granitos de arena, y es esta propiedad la que da nombre a la teoría cuántica. Una magnitud es continua cuando crece o disminuye sin saltos,  una magnitud es discreta cuando da saltos en números enteros y así es como salta la energía en paquetes a los que llamamos “cuantos”.

 

DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA

Una partícula es una pequeña bolita de materia y una onda es una vibración o agitación que se propaga por el espacio, semejante a las ondas que se forman en un estanque al tirar una piedra. Un electrón es una partícula y la luz es una onda pero la mecánica cuántica nos dice que la luz son partículas y son ondas también de una determinada frecuencia. A las partículas de la luz les llamamos “fotones”.

SUPERPOSICIÓN CUÁNTICA

Estas son ondas de probabilidades y así la mecánica cuántica es una teoría de probabilidades de azar. Las ondas se distribuyen por el espacio de una forma no localizada, en realidad está en todas las partes que haya alcanzado a la vez. Ahí está el experimento de la doble rendija, que cuando lanzas un electrón contra las dos rendijas éste atraviesa las dos rendijas de manera simultánea.

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE

Según este principio no puede saberse a la vez y de forma exacta el valor de dos magnitudes conjugadas como son la posición y la velocidad de una partícula o la energía y el tiempo, de manera que cuanto más precisa sea la medida de una más incierta es la medida de la otra. Es una limitación de la Naturaleza que no podemos saltarnos.

EFECTO TÚNEL

Las partículas son ondas y por tanto se distribuyen por todo el espacio y son capaces de atravesar una pared y aparecer al otro lado. De hecho hay partículas que emite el Sol que atraviesan la Tierra sin problemas.

ENTRELAZAMIENTO

Como las partículas pueden estar en varios estados a la vez y pueden ser interdependientes y por ello se produce el entrelazamiento de manera que puede ser el 50 % de probabilidad roja y el otro 50 % de probabilidad azul y solo será  uno u otro color cuando alguien la mira y lo más curioso es que podría crear otra partícula que esté conectada con esta de manera que esta será roja si la otra es azul o viceversa.

Todo esto produce muchas preguntas ¿Por qué cambia el estado de una partícula cuando se mira? ¿Existe la realidad cuando no es observada? Pues ahí están enzarzados los físicos intentando dilucidar lo que pasa, como pasa y por qué pasa.

Esto es todo lo que he podido sacar en claro.

 

https://youtu.be/Y9ScxCemsPM EXPERIMENTO RENDIJA

 

 

EL ÁTOMO

 

 

Este pequeño estudio del átomo es el preámbulo para hablar de la Mecánica Cuántica en el próximo artículo.

Desde mi época de estudiante hasta hoy los físicos han ido descubriendo muchas más cosas acerca del átomo, lo que me ha llevado a reciclarme un poco y ponerme al día.

Cada átomo se compone de un núcleo y uno o más electrones orbitando alrededor del núcleo. El núcleo está compuesto de uno o más protones y típicamente un número similar de neutrones. Los protones y los neutrones son llamados nucleones. Más del 99,94 % de la masa del átomo está en el núcleo. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una carga eléctrica negativa y los neutrones tienen ambas cargas eléctricas, por lo que son neutros. Si el número de protones y electrones son iguales, ese átomo es eléctricamente neutro. Si un átomo tiene más o menos electrones que protones, entonces tiene una carga global negativa o positiva, respectivamente, y se denomina ion (anión si es negativa y catión si es positiva).

También existe la antimateria, la cual está compuesta también por átomos pero con las cargas invertidas; los protones tienen carga negativa y se denominan antiprotones, y los electrones tienen una carga positiva y se denominan positrones.

No toda la materia del universo está compuesta de átomos; de hecho, solo el 5% o menos del universo está compuesto por estos. La materia oscura, que constituye según algunas estimaciones más del 20% del universo, no se compone de átomos, sino de partículas de un tipo actualmente desconocido. También cabe destacar la energía oscura, la cual es un componente que está distribuido por todo el universo, ocupando aproximadamente más del 70% de este.

A pesar de que átomo significa ‘indivisible’, en realidad está formado por varias partículas subatómicas. El átomo contiene protones, neutrones y electrones, con la excepción del átomo de hidrógeno-1, que no contiene neutrones, y del catión hidrógeno o hidrón, que no contiene electrones. Los protones y neutrones del átomo se denominan nucleones, por formar parte del núcleo atómico.

Los físicos han ido descubriendo otras partículas y grupos de partículas varias a las que llaman quarks, leptones, bosones, fotones, neutrinos, gluones,  gravitones, bariones, mesones, hadrones…y cada una de ellas tiene una función determinada en la constitución de la materia y la energía.

 

El protón y el neutrón no son partículas elementales, sino que constituyen un estado ligado de quarks u y d, partículas fundamentales recogidas en el modelo estándar de la física de partículas,

Los quarks se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear fuerte, mediada por gluones, del mismo modo que la fuerza electromagnética está mediada por fotones

Los electrones, como otras partículas, presentan simultáneamente propiedades de partícula puntual y de onda, tal como se descubrió antes respecto a la luz, y tienden a formar un cierto tipo de onda estacionaria alrededor del núcleo, en reposo respecto de este.    

Pues bien de igual manera que la Física Clásica está basada en los principios previos a la aparición de la mecánica cuántica que incluye el estudio de la mecánica, la termodinámica, el electromagnetismo, la óptica, la acústica, la dinámica de fluidos, entre otras, la Mecánica Cuántica es la rama de la física que estudia la naturaleza a escalas espaciales pequeñas, los sistemas atómicos y subatómicos y sus interacciones con la radiación electromagnética, en términos de cantidades observables. Se basa en la observación de que todas las formas de energía se liberan en unidades discretas o paquetes llamados cuantos, de donde viene el nombre “cuántica” aplicado a la mecánica que se ocupa de su estudio.