jueves, 24 de septiembre de 2015

¿Cuantos cuánticos?

La primera palabra seguro que no os sonará mucho, pero la segundo algo más. Cuántico se refiere a todo aquello relacionado con la mecánica cuántica, el estudio de lo más pequeño del Universo, mientras cuantos es un término relacionado tanto con lo más grande como con lo más pequeño, vamos, importante.

Modelo mecánico cuántico del átomo.
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La mecánica cuántica es la ciencia base del Universo. Todo lo que estudia supone los cimientos sobre los que habita nuestra existencia. Junto a ella se encuentran la mecánica clásica y la relativa, conjunto con el que podemos explicar todo los fenómenos del Universo.

Esta joven ciencia (finales del S.XIX) se dedica al estudio de las partículas subatómicas, aquellas más pequeñas que un átomo: el electrón (de carga negativa), el protón (de carga positiva), el neutrón, entre otras muchas. He puesto estos ejemplos porque son las más conocidas, pero existen otras mucho más raras como el gravitón, el neutrino, diferentes bosones y todavía más. Lo lógico sería pensar que todas ellas se comportan igual que los objetos de la vida cotidiana: una bici, un coche, un perro...eso sí, físicamente hablando. Pero no, el ejemplo más claro en la mecánica cuántica es el electrón. Esta partícula se mueve de una forma muy especial. A diferencia de lo que sería lógico, el electrón no sigue una órbita elíptica alrededor del núcleo atómico al igual que los planetas alrededor del Sol, sino que varía bastante su movimiento. En el mundo cuántico, el electrón es capaz de seguir la órbita que le de la gana (lo que hace que la predicción resulte imposible), es capaz de teletransportarse e incluso de estar en dos sitios a la vez (gato de Schrödinger), algo muy difícil en nuestro mundo.


Además todas las partículas se comportan como onda y partícula a la vez. Por ejemplo, si liberamos un átomo radiactivo hacia una pared, el electrón que se desprenda se dirigirá hacia la pared en forma de onda, pero sólo colisionará en un punto de la pared. Sí, aunque parezca raro, es así.

Después de esta pequeña introducción a la mecánica cuántica, volvamos al tema que nos incumbe: el cuanto. El término cuanto fue acuñado por el físico alemán Max Planck, aunque anteriormente ya se había utilizado en otras ciencias. Planck descubrió que la radiación no se emitía de forma constante, sino en pequeños paquetes de energía de un valor mínimo cada cierto tiempo, dando igual la longitud de onda. Sabemos que las ondas son sucesiones de ondulaciones, llamadas crestas, con un espacio entre ellas, valles. Dependiendo del espacio, la radiación será de un tipo u otro: el mayor espacio produce ondas de radio y el menor los rayos gamma, estando la luz visible casi en el medio.

Max Planck (1858-1947) realizó su descubrimiento con las ondas electromagnéticas. El físico alemán se dio cuenta de que las ondas llegaban en cantidades discretas. ¿Y qué quiere decir eso de discretas? Pues que sus partes están separadas, en este caso, en cuantos. Anteriormente no se habían dado cuenta de este hecho debido a que lo visualizaron desde la física clásica, donde el espacio entre cuanto y cuanto es despreciable. Pero una vez que los científicos tuvieron la tecnología necesaria y se fijaron en el mundo cuántico, se dieron cuenta de este extraño fenómeno, cambiando la forma de entender las ondas para siempre.
Max Planck (izquierda) y Albert Einstein (derecha)

Posteriormente, el físico que revolucionó las leyes del espacio, Albert Einstein, descubrió que la luz también se dividía en cuantos, ya que era la mejor manera de explicar el fenómeno fotoeléctrico. Estos cuantos se llamaban fotones. El fenómeno fotoeléctrico es la emisión de electrones procedentes de la materia cuando se hace incidir sobre ella luz visible o ultravioleta.

Volviendo a Max Planck, me gustaría comentar por útlimo, antes de terminar, que gracias a los cuantos, Planck pudo explicar la emisión de radiación de cuerpos calientes, conocida como absorción del cuerpo. Gracias a este descubrimiento y a su trabajo con los cuantos en general, Planck recibió el Premio Nobel de Física en 1918, y pasó a la Historia como uno de los padres de la mecánica cuántica.