Dualitat ona-partícula (II)

En l’entrada Dualitat ona-partícula (I), vàrem constatar el comportament de la llum com a ona i com a partícula (els fotons), gràcies als resultats obtinguts al projectar llum sobre una placa fotosensible.

Aquesta conducta de la llum, s’establí a causa de que Einstein va desenvolupar l’efecte fotoelèctric, on demostrà que aquesta estava composta per paquets d’energia. Per corroborar o no el que opinava el físic alemany, es va realitzar altre cop l’experiment de Thomas Young aplicant aquesta vegada fotons individuals. Per sorpresa del conjunt científic, el resultat obtingut fou el d’un patró d’interferència, més típic d’una ona, però que es produí llençant fotons independents. És així com s’establí la dualitat ona-partícula.

Establit aquest comportament en la llum, un jove francès va suggerir la possibilitat de que no tan sols la llum podia comportar-se com una ona i una partícula a la vegada, sinó que la matèria ordinària també podia fer-ho.

Dualitat ona-partícula en la matèria

L’any 1923, un jove aristòcrata francès, el príncep Louis De Broglie, posà més llenya al tema quàntic de la dualitat ona-partícula al teoritzar una idea que sis anys més tard li suposaria el premi Nobel de física. De Broglie va proposar que no tan sols la llum presentava la dualitat ona-partícula, sinó que la matèria també ho feia. Va afirmar el seu raonament basant-se en la fórmula d’Einstein E=mc2, dient que, si l’expressió matemàtica relaciona la massa amb l’energia, que Max Planck i Albert Einstein havien anteriorment relacionat amb la freqüència de les ones, al combinar ambdues coses, la massa hauria de presentar també una expressió en forma d’ona. O dit d’altra manera, si la massa i l’energia estan relacionades, i l’energia i les ones també ho estan, d’alguna manera també ho han d’estar la massa i les ones.

Al continuar amb aquest pensament, el francès va suggerir que, de la mateixa manera que la llum és un fenomen ondulatori que també es correspon en termes de partícules, els electrons, un dels components de la matèria que establim com a partícules, haurien de presentar de manera igualment vàlida un comportament ondulatori.

Llavors és quan la física es pregunta...

És la matèria ones i partícules al mateix temps?

Per respondre aquesta qüestió els físics tornaren al experiment de Young, com van haver de fer anteriorment amb el que insinuava l’efecte fotoelèctric.

L’experiment de Young amb electrons

Si d’alguna cosa es valen les teories és de demostracions. Albert Einstein no hauria sigut el físic més mediàtic de la història si Lord Eddington mai hagués observat el que el físic alemany pronosticava en un eclipsi, ja que mai s’hauria pogut confirmar la teoria de la relativitat general, i probablement la teoria universal de la gravetat de Newton no hagués sigut desmantellada per aquest individu en concret. Així que, com podem deduir, és imprescindible tenir demostracions que recolzin una teoria per començar a treballar-la en serio.

És per això que els físics van decidir tornar al experiment de Young i veure si el que opinava De Broglie era cert. El muntatge i el procediment fou el mateix, tot i que aquesta vegada en lloc de disparar fotons es van llençar electrons.

Mitjançant el que observaren Clinton Davisson i Lester Germer (dos físics experimentals de l’empresa telefònica Bell) al fer rebotar conjunts d’electrons en una tros de níquel, els físics d’arreu del món verificaren el comportament de la matèria (en aquell cas dels electrons) com a ona i partícula.

El fet és que aquell muntatge simulava a la perfecció l’experiment de Young. El que va succeir fou que quan els electrons van disparar-se simultàniament per les dues obertures van crear un patró d’interferència sobre la làmina fosforescent (com en el cas de la llum). Inclús quan els electrons van ser llençats individualment amb separacions de deus segons o més aquests tornaren a crear el mateix patró d’interferència. Per evitar esmentar altre cop tot el que es dugué a terme, des d’aquest blog establim que els electrons al passar per l’obertura dreta, esquerra o dreta i esquerra simultàniament, van comportar-se tal i com va fer la llum amb els seus fotons. (Veure entrada dualitat ona-partícula (I)).

Llavors és quan la física estableix...

La matèria es comporta com a ones i partícules.

No obstant, com és que quotidianament no observem la matèria comportant-se com una ona tal i com ho fa la llum?

No observem la matèria comportar-se com una ona simplement perquè aquest fet tan sols es deu a escales massa petites (per no dir supermicroscòpiques), les quals no són apreciables a simple vista.