¿Qué son las ondas de materia?
Las ondas de materia, también llamadas ondas de De Broglie, son la naturaleza ondulatoria de toda la materia, incluidos los átomos que componen su cuerpo. Uno de los primeros y más importantes hallazgos de la física cuántica es que los electrones tienen una naturaleza dual de partículas de onda. Pronto se hizo evidente que toda la materia tiene esta naturaleza dual, pero debido a que la materia convencional tiene un gran impulso en relación con los electrones, la longitud de onda de las ondas de materia es muy pequeña y, en la mayoría de los casos, apenas perceptible. Por ejemplo, la longitud de onda de la materia que compone una persona es del orden de 10 −35 metros , mucho más pequeña de lo que se puede observar utilizando las tecnologías de medición actuales.
El concepto de ondas de materia fue aclarado por primera vez por el físico francés Louis de Broglie, quien estaba extendiendo las primeras teorías propuestas por Albert Einstein, Max Planck y Neils Bohr. Bohr estudió principalmente el comportamiento cuántico de los átomos de hidrógeno, mientras que de Broglie intentó extender estas ideas para determinar una ecuación de longitud de onda para toda la materia. A De Broglie se le ocurrió una teoría y la presentó en su tesis doctoral de 1924, por la cual recibió el Premio Nobel de Física en 1929. Este fue el primer caso en el que se otorgó el Premio Nobel por una tesis doctoral.
Las ecuaciones conocidas como las relaciones de Broglie describen la naturaleza dual de onda-partícula de toda la materia. Estas relaciones establecen que la longitud de onda de una partícula es inversamente proporcional a su momento (masa por velocidad) y su frecuencia es proporcional a su energía cinética, que es un valor dependiente del marco (relativo). Por lo tanto, las partículas con poco impulso, como los electrones a temperatura ambiente, tienen una longitud de onda de Broglie de aproximadamente 8 nanómetros. Las partículas con un momento aún más bajo, como los átomos de helio a temperaturas de solo unos pocos nanoKelvins, pueden tener ondas de materia con longitudes de onda de hasta unas pocas micras. En condiciones tan inusuales, las realidades del mundo cuántico casi se crían en el reino de la macroescala.
Las teorías de las ondas de materia de De Broglie se confirmaron en 1927, cuando los científicos de Bell Labs Lester Germer y Clinton Davisson dispararon electrones de movimiento lento a un objetivo de níquel cristalino. El patrón de difracción resultante demostró las características de onda de los electrones, similares a las que se sabe que muestran los fotones, como los de los rayos X. Las ondas de materia solo pudieron observarse en este caso porque los electrones utilizados para producirlas tenían un momento muy bajo. Desde 1927, la naturaleza ondulatoria de otras partículas elementales se ha demostrado empíricamente.