Descripción de la hipótesis de la longitud de onda de De Broglie

La hipótesis de De Broglie propone que toda la materia exhibe propiedades ondulatorias y relaciona lo observado longitud de onda de materia a su impulso. Después Albert Einstein'steoría de los fotones se aceptó, la pregunta se hizo si esto era cierto solo para la luz o si los objetos materiales también exhibían un comportamiento ondulatorio. Así es como se desarrolló la hipótesis de De Broglie.

En su disertación doctoral de 1923 (o 1924, según la fuente), el físico francés Louis de Broglie hizo una audaz afirmación. Considerando la relación de longitud de onda de Einstein lambda para impulsar pag, de Broglie propuso que esta relación determinaría la longitud de onda de cualquier asunto, en la relación:

lambda = h / pag

recordar que h es la constante de Planck

Esta longitud de onda se llama longitud de onda de de Broglie. La razón por la que eligió la ecuación de impulso sobre la ecuación de energía es que no estaba claro, con la materia, si mi debe ser energía total, energía cinética o energía relativista total. Para los fotones, son todos iguales, pero no así para la materia.

Sin embargo, asumir la relación de impulso permitió la derivación de una relación de Broglie similar para la frecuencia F usando la energía cinética mi_k:

F = mi_k / h

Las relaciones de De Broglie a veces se expresan en términos de la constante de Dirac, barra h = h / (2Pi) y la frecuencia angular w y número de onda k:

pag = barra h * kE_k

= barra h * w

En 1927, los físicos Clinton Davisson y Lester Germer, de Bell Labs, realizaron un experimento en el que dispararon electrones a un blanco cristalino de níquel. El patrón de difracción resultante coincidió con las predicciones de la longitud de onda de De Broglie. De Broglie recibió el Premio Nobel de 1929 por su teoría (la primera vez que se le otorgó un Ph. D. tesis) y Davisson / Germer lo ganaron conjuntamente en 1937 por el descubrimiento experimental de la difracción de electrones (y por lo tanto la prueba de la hipótesis de De Broglie).

Otros experimentos han mantenido la hipótesis de De Broglie como cierta, incluidas las variantes cuánticas de la experimento de doble rendija. Los experimentos de difracción en 1999 confirmaron la longitud de onda de De Broglie para el comportamiento de moléculas tan grandes como buckyballs, que son moléculas complejas formadas por 60 o más átomos de carbono.

La hipótesis de De Broglie mostró que la dualidad onda-partícula no era simplemente un comportamiento aberrante de la luz, sino que era un principio fundamental exhibido tanto por la radiación como por la materia. Como tal, se hace posible usar ecuaciones de onda para describir el comportamiento del material, siempre que se aplique correctamente la longitud de onda de De Broglie. Esto resultaría crucial para el desarrollo de la mecánica cuántica. Ahora es una parte integral de la teoría de la estructura atómica y la física de partículas.

Aunque la hipótesis de De Broglie predice las longitudes de onda para materias de cualquier tamaño, existen límites realistas sobre cuándo es útil. Una pelota de béisbol lanzada contra un lanzador tiene una longitud de onda de De Broglie que es más pequeña que el diámetro de un protón en aproximadamente 20 órdenes de magnitud. Los aspectos ondulados de un objeto macroscópico son tan pequeños que no se pueden observar en ningún sentido útil, aunque es interesante reflexionar sobre ellos.