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Fundamentos físicos

Ondas y partículas

oda la materia se compone de átomos, que a su vez se componen de tres partículas básicas: electrones, protones y neutrones. Los electrones tienen una masa muy pequeña y carga negativa; los protones y neutrones poseen aproximadamente la misma masa, pero mientras los protones tienen carga eléctrica positiva, los neutrones no tienen carga. Cualquier elemento químico, hierro, oxígeno, carbono, etc. y los compuestos que se obtienen juntando estos elementos, están constituidos por combinaciones de estos tres tipos de partículas.

El concepto clásico de la física de partículas define, además de las tres partículas elementales que se acaban de citar, las ondas electromagnéticas. Dicho concepto define a las ondas como portadoras de energía que no poseen masa, sino una frecuencia de oscilación que varía en función de la energía que llevan; dicha dependencia se establece con la fórmula E = h · f, donde f es la frecuencia de la onda electromagnética, E la energía que lleva y h la denominada constante de Planck. Según esta concepción clásica, las ondas y las partículas se hallan perfectamente diferenciadas. La luz sería una onda, con una frecuencia muy elevada y sin masa. Esta diferencia dejó de existir con la aparición de la física cuántica, que definió la teoría onda-corpúsculo, unificando los dos conceptos.

Según la teoría onda-corpúsculo, toda partícula, independientemente de su tamaño y otras características físicas, puede considerarse como una onda electromagnética o como una partícula física. Por ejemplo, los electrones se difractan al pasar por una rendija de forma similar a la luz, pero también colisionan unos con otros como si fuesen partículas. Según la física convencional, la energía que lleva una partícula en movimiento, no sometida a ningún campo, es su energía cinética E = 1/2 m · v2. Igualando esta fórmula con la relación de Planck dada anteriormente, se establece una relación entre la masa, la velocidad y la frecuencia de la onda-corpúsculo, que es: m = 2 h f / v2.

La luz normal que emite una bombilla, el sol o una llama tiene múltiples frecuencias distintas; en cambio, la luz que emite un láser tiene una sola frecuencia y además está en fase, es decir, todos los picos coinciden a la vez.

La teoría también puede aplicarse a lo que convencionalmente se consideran ondas. La luz, por tanto, puede considerarse también una onda-corpúsculo. Como onda electromagnética posee las características físicas a que estamos acostumbrados, se difracta en las rendijas, unas ondas crean interferencias en otras, se difractan en los prismas, etc.

Si se considera a la luz como una partícula, se obtienen algunos resultados inesperados. Dicha partícula se denomina fotón, y en contra de la creencia habitual, tiene masa. Esta masa es muy pequeña, casi inmedible, pero físicamente es de gran importancia e incluso existen aplicaciones de los láser que se basan en dicha masa.

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