fisica cuantica

Introducción Mecánica Cuántica
Introducción
A fines del siglo XIX y durante el primer cuarto del XX se acumulo cierta evidencia experimental de la interacción de la radiación electromagnética con
la materia que no estaba claramente de acuerdo con las leyes del electromagnetismo, sintetizadas en las ecuaciones de Maxwell. Al mismo tiempo se
estaba desarrollando la teoría de la estructuraatómica de la materia, principalmente como resultado del descubrimiento del electrón y de la confirmación
del modelo nuclear para el átomo. Otra serie de experimentos obligó a los físicos a revisar sus conceptos sobre el movimiento de partículas subatómicas,
ya que aparentemente no se movían exactamente de acuerdo con las suposiciones de la mecánica newtoniana. Para explicar las nuevas observaciones,varios físicos incorporaron, más o menos empíricamente, una serie de de nuevas ideas. Con el correr del tiempo, y gracias a los esfuerzos de muchos
científicos, estas ideas evolucionaron hasta constituir lo que hoy día se conoce como teoría cuántica. En este capítulo se revisarán las bases
experimentales más importantes de la física cuántica.
En el transcurso de un intento afortunado deencontrar la solución al problema que presentaba la discrepancia entre el espectro experimental de la
radiación térmica (cuerpo negro) y las predicciones de la teoría clásica, Planck llegó a la conclusión de que la energía de un sistema que efectúa
oscilaciones armónicas simples, sólo puede ser un múltiplo entero de una cierta cantidad finita de energía (1901). Einstein aplico una idea semejante alexplicar el efecto fotoeléctrico (1905) y Bohr en una teoría que predecía con gran precisión muchas de las características del complejo espectro atómico
(1913). El trabajo de estos tres físicos y los desarrollos subsiguientes de De Broglie, Schrödinger y Heisenberg (hacia 1925) constituye lo que se conoce
como teoría cuántica.
Se tratarán dos fenómenos, el efecto fotoeléctrico y el efectoCompton cuya interpretación fue crucial en el desarrollo de la teoría cuántica. Estos
fenómenos comprenden la interacción de la radiación electromagnética con la materia –específicamente con los electrones que contiene.
La emisión de electrones por el cátodo metálico del tubo de rayos catódicos o el efecto fotoeléctrico, es un indicio de la presencia de electrones en los
átomos que forman el cátodo.Entonces, es razonable suponer que esto es cierto para cualquier átomo. La hipótesis es atractiva, pues conduce a una
imagen simple de un átomo positivamente ionizado, como al que le han extraído uno o varios electrones. Dado que en su estado normal los átomos son
neutros, debe contener una carga positiva de magnitud igual a la de los electrones que normalmente contiene.
En la interacción de laradiación electromagnética con la materia los fotones tienen una función crítica. La dispersión por parte de electrones, ya sean
ligados o libres, se absorbe un fotón y se emite otro con la misma energía o con una distinta. En otros casos se absorbe por completo el fotón, como en el
efecto fotoeléctrico. Como consecuencia, el sistema pasa a un estado de mayor energía o más excitado. Alcontrario, un sistema que está en un estado
excitado puede liberar el exceso de energía en forma de fotón y pasar a un estado de menor energía. Se verá como se explican los espectros de emisión y
absorción haciendo uso del concepto de fotón.
El movimiento de los cuerpos que se observa a nuestro alrededor puede describirse en términos de reglas generales basadas en la evidencia experimental.
Talesreglas o principios son: (1) la conservación del momentum; (2) la conservación del momentum angular; y (3) la conservación de la energía. Con
base en estas leyes de conservación, se desarrolló en el siglo XIX el formalismo conocido como mecánica clásica, suponiendo que las partículas están
localizadas en el espacio y que pueden ser observadas sin perturbar notablemente su comportamiento. Sin...