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La dualidad onda-fotón

l carácter ondulatorio de la luz se manifiesta en fenómenos tales como las interferencias o la difracción, los cuales no pueden ser explicados recurriendo al modelo corpuscular.

Por el contrario, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y otros fenómenos implicados en la detección de la luz requieren para su explicación recurrir al concepto de fotón y no al de onda. Ambos conceptos son complementarios en el sentido de que sirven para explicar aspectos diferentes de una única realidad que es la luz en particular y la radiación electromagnética en general.

El aspecto ondulatorio se pone de manifiesto a bajas frecuencias o grandes longitudes de onda, en tanto que el aspecto corpuscular se presenta con toda nitidez a frecuencias elevadas o pequeñas longitudes de onda. A esta propiedad de la luz de comportarse de una forma doble o dual, unas veces como corpúsculo y otras como onda, hace referencia la llamada dualidad onda-fotón.

Finalmente, la relación entre la onda luminosa y el fotón correspondiente es muy especial. La frecuencia de la onda define la energía del fotón y la intensidad de la onda en un punto determina la concentración de fotones, o lo que es lo mismo, la probabilidad de encontrar un fotón en esa región del espacio.

Como es característico de toda la física moderna, las ideas cómodas, intuitivas y de sentido común dejan paso, en el problema de la luz, a otras que requieren una forma de representación diferente, a menudo abstracta, pero con una elevada capacidad para explicar los fenómenos observados y para predecir otros nuevos.

Los rayos X y el concepto de fotón

En 1895 Roentgen advirtió que cuando electrones procedentes de un filamento incandescente son acelerados por una fuente de alta tensión y se proyectan sobre la materia, se produce, como resultado, una radiación muy penetrante que es capaz de atravesar los cuerpos opacos y de impresionar placas fotográficas. Este tipo de radiación, cuya naturaleza era entonces enigmática, recibió el nombre de rayos X.

Algunos años después de su descubrimiento se les identificó como ondas electromagnéticas de longitud de onda muy pequeña. Científicos como Max von Laue o William L. Bragg desarrollaron ideas y experimentos que permitieron la medida de la longitud de onda de los rayos X. El fenómeno ondulatorio de su difracción se llevó a cabo, por primera vez, utilizando cristales de sustancias puras como redes de difracción.

El estudio de estos fenómenos de Ficción de rayos X permitió encontrar el valor de su longitud de onda, que se situó entre los 1,3 · 10^-11 y 4,8 · 10^-11 m, es decir, diez mil veces inferior a la longitud de onda de la luz visible. Pero además abrió el camino hacia la determinación experimental de la estructura interna de los sólidos cristalinos.

La producción de rayos X se interpretó posteriormente como el fenómeno inverso al efecto fotoeléctrico. Un electrón de alta velocidad al chocar con un átomo del material que hace de blanco pierde toda su energía, que se reemite al exterior como un fotón muy energético. Esta interpretación de los resultados de los experimentos contribuyó a confirmar la hipótesis del fotón de Einstein.

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