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LA FISICA CUÁNTICA Y SU RELEVANCIA EN LOS AVANCES DE CIENCIAS THE QUANTICAL PHYSICS AND ITS RELEVANCE IN SCIENCE ADVANCES Cesar García, Pamela Hidalgo, Oton Loor, Anthony Macias, Onel Martínez RESUMEN La física cuántica es uno de los grandes logros del intelecto humano y es la base de la comprensión de los fenómenos naturales. La física clásica es un límite de la cuántica. La física cuántica explica el átomo, el enlace químico, las moléculas, la interacción de la luz con las partículas, la materia… Aunque la física cuántica describe el mundo a escala atómica podemos observar sus consecuencias a escala macroscópica en las propiedades térmicas (como la radiación), ópticas (como los colores), eléctricas (como la clasificación entre aislantes, metales y semiconductores en los sólidos cristalinos) y magnéticas (como el ferromagnetismo, antiferromagnetismo y otros ordenes magnéticos de la materia). La física cuántica tiene a su vez importantes aplicaciones tecnológicas como la invención del transistor y por lo tanto del ordenador y es la base de la mayoría de la alta tecnología electrónica que utilizamos hoy en día La idea principal es que las partículas son también ondas y las ondas son también partículas. La intuición de que las partículas sean también ondas se la debemos a De Broglie que propuso que la velocidad por la masa (denominado momento en física p=mv) de una partícula es inversamente proporcional a la longitud de onda (p=h/λ). El factor proporcional h es la constante de Planck. La hipótesis ondulatoria de las partículas ha sido confirmada numerosas veces en fenómenos de interferencia. Palabras clave: cuántico, intelecto humano, partículas, ondas. ABSTRACT Quantum physics is one of the great achievements of the human intellect and is the basis for understanding natural phenomena. Classical physics is a limit of quantum. Quantum physics explains the atom, the chemical bond, molecules, the interaction of light with particles, matter ... Although quantum physics describes the world on an atomic scale, we can observe its consequences on a macroscopic scale in thermal properties (such as radiation), optical (such as https://wp.icmm.csic.es/superconductividad/?page_id=749 https://wp.icmm.csic.es/superconductividad/?page_id=749 colors), electrical (such as the classification of insulators, metals, and semiconductors in crystalline solids), and magnetic (such as ferromagnetism, antiferromagnetism, and other magnetic orders of matter). Quantum physics in turn has important technological applications such as the invention of the transistor and therefore the computer and is the basis of most of the high electronic technology that we use today The main idea is that particles are also waves and waves are also particles. The intuition that particles are also waves is due to De Broglie who proposed that the velocity times the mass (called moment in physics p = mv) of a particle is inversely proportional to the wavelength (p = h / λ) . The proportional factor h is Planck's constant. The wave hypothesis of particles has been confirmed numerous times in interference phenomena. Keywords: quantum, human intellect, particles, waves. INTRODUCCIÓN La Física Cuántica es la rama de la Física que estudia la materia a escalas muy pequeñas: a nivel molecular, atómico y aún menor. De no ser por su descubrimiento no se hubiese podido descubrir la electrónica. Las propiedades de la Física Cuántica son muy diferentes a las de la Física Clásica, que describen la naturaleza a nuestra escala. Se caracteriza principalmente por no ser determinista sino probabilista. Además la Energía en sistemas ligados (ej. átomo) no se intercambia de forma continua, sino en forma discreta lo cual implica la existencia de paquetes mínimos de energía, llamados cuantos. La física cuántica es la rama de la ciencia que estudia las características, comportamientos e interacciones de partículas a nivel atómico y subatómico. El cuanto (quantum, en latín) es la mínima cantidad de cualquier entidad física. Este término fue tomado directamente del latín por el físico alemán Max Planck (1858-1947), y se refiere a la menor cantidad de energía concentrada en una partícula, como lo es, por ejemplo, el fotón. Un fotón es un cuanto de luz. El plural de cuanto se conoce como cuanta. El concepto cuántico fue creado en el año 1900, en la propuesta de la teoría cuántica postulada por Planck, donde este explicaba la radiación del cuerpo negro o cuerpo oscuro. La teoría cuántica fue reforzada en el año 1905 por el físico Albert Einstein al explicar el efecto fotoeléctrico (por lo cual, además, ganó un premio Nobel). Pero no fue hasta el año 1920 que se determinó que la ciencia que estudiaría estas partículas pasaría a llamarse mecánica cuántica como una rama de la física. Relatividad Mecánica MATERIAL Y MÉTODOS. El experimento de Otto Stern y Walther Gerlach resultó crucial a la hora de afianzar las bases experimentales de la mecánica cuántica y nos ayudó a entender que las partículas tienen propiedades cuánticas Lo que hicieron Stern y Gerlach en su experimento fue lanzar un haz de átomos de plata para hacerlos chocar contra una pantalla después de que hubiesen atravesado un campo magnético no homogéneo generado por un imán. Los átomos de plata tienen un momento magnético que provoca que interaccionen con el campo magnético, y al observar la pantalla estos físicos se dieron cuenta de que unos átomos se habían desviado hacia arriba, y otros hacia abajo. Pero lo realmente sorprendente era que la huella que dejaban los átomos al impactar sobre la pantalla no cubría todos los posibles valores del espín. Solo había dos grandes zonas de impacto claramente localizadas, de manera que una de ellas correspondía al espín positivo, y la otra al espín negativo, lo que refleja con meridiana claridad que se trata de una magnitud cuántica que no tiene una correspondencia en el mundo macroscópico que observamos en nuestro día a día. En ese caso ¿qué es el espín? No es sencillo definirlo de una manera que sea fácilmente comprensible, pero podemos imaginarlo como un giro característico de las partículas elementales sobre sí mismas que tiene un valor fijo y que, junto a la carga eléctrica, es una de las propiedades intrínsecas de estas partículas. https://www.significados.com/relatividad/ https://www.significados.com/mecanica/ RESULTADOS Al llevarse a cabo el experimento, se esperaba encontrar una distribución de intensidad del haz con la máxima intensidad del haz centrada a lo largo del eje desde el cual salió disparado el haz desde el horno, decreciendo a distancias cada vez más alejadas del punto de impacto. El resultado que Stern y Gerlach esperaban obtener, esperanzados en la disponibilidad del electrón de valencia situado en la capa más exterior del átomo de plata DISCUSSION. El resultado del experimento Stern- Gerlach es interesante porque a diferencia de los experimentos espectroscópicos mediante los cuales con el suministro de una fuente externa de energía podemos hacer “saltar” un electrón que está en la órbita exterior de un átomo de un nivel de energía a otro (produciéndose así un espectro de emisión al caer nuevamente el electrón a la capa original de energía en la que estaba situado, liberando con ello el fotón absorbido) o bien podemos hacer que un gas frío absorba los fotones de un espectro luminoso continuo (produciéndose así un espectro de absorción), en el experimento Stern- Gerlach no se hace saltar al electrón de una capa energética discreta a otra. Estamos entonces ante otro tipo de fenómeno que no involucra “saltos” de energía y en el cual el númerocuántico n del nivel de energía en que se encuentra cada átomo permanece igual antes y después de pasar por un aparato Stern-Gerlach, lo cual nos obliga a ir pensando ya en la adjudicación de un nuevo número cuántico al átomo que es independiente del número cuántico que caracteriza a la energía del átomo. BIBLIOGRAFÍA Mataix, C. (2012). Física cuántica y realidad. España: Editorial Complutense. Serra, P. (2019). Física Cuántica Para Principiantes: Los conceptos más interesantes de la Física Cuántica hechos simples y prácticos. España: Independently Published. Wichmann, E. H. (2019). Física cuántica: Berkeley Physics Course. Mexico: Reverte.
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