FÍSICA CUÁNTICA

 

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.

El electrón, por ejemplo, es entonces onda y partícula a la vez y se describe por una función de onda que tiene una amplitud y una fase. El cuadrado de la función de onda nos da la probabilidad de encontrar el electrón y su fase se puede observar porque produce fenómenos de interferencia. La física cuántica es entonces esencialmente probabilística en contraste con la física clásica que es determinista.

En física cuántica ya no se pueden usar las ecuaciones de Newton para describir la evolución de las partículas sino que la propagación de la función de ondas asociada a una partícula está descrita por la ecuación de Schrödinger.

De la teoría de la física cuántica se deducen extrañas consecuencias como el principio de incertidumbre de Heisenberg, el efecto túnel, la cuantización de propiedades tales como la energía o el momento (masa por velocidad) y en sistemas de muchas partículas su clasificación en bosones y fermiones, base para la comprensión del mundo que nos rodea.

La superconductividad es uno de los pocos fenómenos macroscópicos que están descritos por una función de onda que se extiende por todo el material lo que nos ofrece una oportunidad única para observar las rarezas de la física cuántica a escala humana. La fase de esa función de onda es la clave para el uso de superconductores como los detectores más sensibles del campo magnético (SQUID) con importantes aplicaciones en medicina.