lunes, 1 de junio de 2015

¿Estás en la onda?

El programa ConCiencia organizado por la Universidad de Santiago y el Consorcio trae a Compostela a eminentes y reconocidos investigadores de diversos campos del saber todos los años. Esperemos que pueda continuar durante mucho tiempo con esta labor, ya que permite tener un contacto más directo con grandes personajes. Sobre todo cuando dejan sabios consejos y conocimiento, como ha sido con el Dr. Cohen-Tannoudji. En la interesante conferencia pública que ofreció en el auditorio de Abanca, habló de Física. Pero también de lo importante que es apoyar a los investigadores durante mucho tiempo para obtener resultados sobresalientes. Resultados que generan nuevo conocimiento y que puede no ser aplicable de inmediato o incluso nunca se utilice. Pero quizá sí se haga y cree enormes beneficios para todos. Dejó también algo importante en el aire: no hay que investigar para que te den el Premio Nobel; investiga para hacer buena ciencia. Si la haces, los reconocimientos podrían llegar o no, pero tu trabajo siempre estará ahí.

Sabia lección que probablemente ya conocía Louis de Broglie, uno de los padres de la dualidad onda-partícula de la que habló el profesor Cohen-Tannoudji. Broglie, físico francés de alta cuna (pertenecía a una familia noble francesa; fue el séptimo Duque de Broglie), propuso una revolucionaria idea: si Einstein había concebido (como comentamos en el número de marzo de Lindeiros) que la luz, una onda, podía comportarse como una partícula, ¿por qué una partícula con masa no podía ser al mismo tiempo una onda? Así, en 1924 presentó su tesis doctoral en la que proponía que toda partícula en movimiento tiene una onda asociada. Su hipótesis revolucionó la ciencia del momento. Dos años después se confirmó en los laboratorios de la empresa  Bell Telephone Laboratory  (sí, en una empresa. En España es casi impensable que las empresas hagan investigación básica, pero no ocurre lo mismo fuera), cuando comprobaron que los electrones podían comportarse también como una onda. En 1929, solo 5 años después de defender su tesis doctoral con su revolucionaria propuesta, obtuvo el premio Nobel.

La demostración inicial de la propuesta de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de los electrones fue realizada por los investigadores de esta compañía, Clinton Davisson y Lester Germer. El primero recibió también el premio Nobel en 1937 por ello. Para hacerlo, utilizaron un cristal de átomos de níquel. En ciencia de materiales, cuando se habla de un cristal no se piensa en un material como el vidrio de las ventanas que comúnmente llamamos cristal. Se refiere más a cosas como la sal, que tienen una estructura interna regular. Los átomos de níquel se agrupan por capas en el cristal. Cada capa la podemos visualizar como una red de pesca estirada, donde los átomos de níquel están en cada cruce de las cuerdas. 

Sobre este cristal de níquel lanzaron un haz de electrones acelerados previamente hasta alcanzar una velocidad conocida y midieron cuantos de ellos se desviaban de su camino, volviendo hacia atrás.  El número de electrones que medían variaba con el ángulo que formaban el detector  y el haz de electrones cuando apuntaban al mismo punto de la superficie del cristal. Para algunos ángulos contaban más electrones que para otros.  Las medidas se parecían a las que se obtenían cuando se hacía el mismo tipo de experimentos con luz, en concreto con rayos-X. En este caso, se puede explicar la variación que se obtiene por el carácter ondulatorio de la luz. Dado que ambos patrones coincidían, era aceptable la interpretación de que el haz de electrones era también una onda, como los rayos-X. Además, teniendo en cuenta la masa y velocidad de los electrones, se podía calcular la longitud de onda que tenían los electrones según la hipótesis de De Broglie. Esta se ajustaba al tamaño necesario para obtener ese comportamiento ondulatorio si se tenía en cuenta la distancia entre las capas de átomos de níquel en el cristal. Todo encajaba casi a la perfección. Se había demostrado la idea revolucionaria de la dualidad onda-partícula. Hoy está plenamente aceptada. De hecho, se han realizado otros experimentos posteriormente que también se explican por el comportamiento ondulatorio, incluso con partículas mucho más grandes que los electrones (como los fulerenos, que son como pequeñas pelotas de 60 átomos de carbono).  Todos ellos nos indican que la materia (es decir, también nosotros) es partícula y onda a la vez.

Para saber más: