Dualidad onda-partícula y la hipótesis de De Broglie

Resumen

El texto explica la dualidad onda-partícula de la luz y propone su extensión a la materia mediante la hipótesis de De Broglie, que asocia una longitud de onda a cualquier partícula en movimiento. Se analiza por qué este efecto es despreciable en partículas grandes y relevante en las subatómicas.

Puntos clave

La luz y la radiación electromagnética presentan un doble comportamiento, ondulatorio y corpuscular, complementarios entre sí.
De Broglie propuso que los electrones tienen características ondulatorias, en una hipótesis inicialmente teórica por falta de evidencias experimentales.
Según el postulado de De Broglie, la longitud de onda asociada a una partícula es igual a la constante de Planck dividida por su cantidad de movimiento (λ = h/p).
La longitud de onda de partículas macroscópicas es muy pequeña y no debe tenerse en cuenta.
Las partículas subatómicas, con masa muy pequeña, tienen longitudes de onda de De Broglie relevantes que sí deben considerarse.

Ponte a prueba

Dualidad Onda-Partícula: Hipótesis de De Broglie

La luz, y en general el resto de la radiación electromagnética, tiene un doble comportamiento: como onda y como partícula (dualidad onda-partícula de la luz). Es decir, el modelo ondulatorio y el modelo corpuscular han de considerarse como aspectos complementarios que explican el comportamiento real de la luz y del resto de la radiación electromagnética.

¿Podría extenderse esta dualidad onda-corpúsculo a la materia?

De Broglie, en su tesis doctoral, sugirió que los electrones podían tener características ondulatorias. Su hipótesis, conocida como hipótesis o postulado de De Broglie, consistió en ampliar el comportamiento dual de la radiación a la materia, y dice lo siguiente:

Cuando un electrón se mueve con velocidad v, tiene asociado una onda cuya longitud de onda es igual a la constante de Planck dividida por la cantidad de movimiento o momento lineal del electrón.

Como vemos en el postulado de De Broglie, quedan relacionadas dos magnitudes físicas del electrón, siendo una de ellas característica de un comportamiento ondulatorio (la longitud de onda λ), mientras que la otra es característica de un comportamiento corpuscular (la cantidad de movimiento o momento lineal p).

Propuesta Teórica de De Broglie

La hipótesis de De Broglie sobre la dualidad onda-partícula en los electrones fue propuesta de forma puramente teórica por la ausencia de evidencias experimentales. El postulado de De Broglie se hace extensivo a toda la materia, y por tanto, se puede afirmar lo siguiente:

Cuando una partícula de masa m se mueve con velocidad v, tiene asociado una onda cuya longitud de onda es igual a la constante de Planck dividida por la cantidad de movimiento o momento lineal de dicha partícula.

En la práctica, las ondas asociadas a partículas muy grandes tienen una longitud de onda muy pequeña, debido al pequeño valor de la constante de Planck, h = 6.63 × 10^-34 J.s, y la onda asociada de De Broglie a estas partículas es despreciable y no ha de ser tenida en cuenta.

Sin embargo, para las partículas subatómicas, aunque se mueven a altas velocidades, tienen una masa muy pequeña y la longitud de onda asociada de De Broglie que se obtiene de la ecuación tiene un valor que está dentro del espectro electromagnético. Por tanto, las ondas asociadas a las partículas subatómicas sí han de ser tenidas en cuenta.

Preguntas frecuentes

¿Qué establece la hipótesis de De Broglie?

Establece que una partícula de masa m que se mueve con velocidad v tiene asociada una onda cuya longitud de onda es la constante de Planck dividida por su cantidad de movimiento. Así, el comportamiento dual de la radiación se extiende a la materia.

¿Por qué las ondas de De Broglie no se observan en objetos grandes?

Porque las partículas grandes tienen longitudes de onda muy pequeñas, debido al valor tan reducido de la constante de Planck. Por ello, el efecto ondulatorio es despreciable en ese caso.