4.1 Hipótesis de De Broglie
En 1924, Louis de Broglie sugirió que, del mismo modo que la radiación puede presentar un comportamiento corpuscular (en el estudio del efecto fotoeléctrico, por ejemplo), la materia podría presentar características ondulatorias.
Esta sugerencia era muy atrevida ya que, desde luego, las propiedades ondulatorias de la materia no se observan a simple vista. Sin embargo, De Broglie asignó una frecuencia y una longitud de onda (magnitudes típicamente ondulatorias) a las partículas. Las relaciones asignadas fueron las siguientes:
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en estas fórmulas, h=6.63·10-34 J.s es la constante de Planck, p es la cantidad de movimiento o momento lineal de la partícula, E su energía y v su velocidad.
Como toda teoría física, esta idea, conocida por Hipotesis de De Broglie, carece de valor si no se confirma experimentalmente, y llegó en 1927 de la mano de los físicos americanos Davisson y Germer, los cuales demostraron la naturaleza ondulatoria de los electrones obteniendo unas figuras de difracción (fenómeno típico ondulatorio) al hacer incidir un chorro de electrones contra una superficie de níquel. Los electrones procedían de un filamento caliente y, después de ser acelerados, se dirigían a la superficie de un cristal de níquel.
Puedes encontrar más detalles del experimento en este enlace pero la idea principal es que los electrones (que son partículas) se comportaron como ondas (difractándose). La hipótesis de De Broglie había sido confirmada, lo que le valió el premio Nobel de Física en 1929.
La siguiente simulación representa el experimento original que demostró que los electrones pueden comportarse como ondas. En ella los electrones se difractan en un cristal de átomos, interfiriéndose entre ellos para crear picos y valles de probabilidad.
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| Simulación alojada en phET-Universidad de Colorado bajo licencia Creative Commons |
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Imagen en Wikimedia de Jean-Christophe BENOIST. GNU |
¿Qué es la radiación electromagnética?, ¿onda o materia? la respuesta es que la luz tiene un carácter dual, puede comportarse de las dos formas. Todo depende del experimento estudiado.
Pues bien, con la hipótesis de De Broglie hemos visto que la materia, al igual que la luz, tiene un carácter dual, puede comportarse también como onda. De esta forma se cierra un esquema en el que, tanto la materia como la radiación, pueden comportarse como ondas o partículas, según sea el experimento observado.
El Principio de complementariedad, establecido por Bohr establece que un objeto cuántico (como, por ejemplo, un electrón o un fotón) actúa como onda o partícula, pero nunca presentará los dos aspectos en el mismo experimento. Son aspectos complementarios.