La Longitud de Onda de De Broglie

Si los electrones son partículas, entonces cuando un haz de electrones pasa a través de dos rendijas poco espaciadas, se espera que dos haces más pequeños de electrones emerjan y produzcan dos franjas brillantes con oscuridad entre ellos. Inicialmente, con solo unos pocos electrones, los puntos localizados aparecen aleatoriamente en la pantalla. Esto sugiere un comportamiento similar a una partícula.

Sin embargo, a medida que pasan más y más electrones a través de las rendijas, emerge un patrón de interferencia:el sello distintivo del comportamiento ondulatorio. Cómo es esto posible? Recordemos que el modelo de Bohr propone que el electrón es una partícula que orbita el núcleo.

El físico francés Louis de Broglie postuló que el electrón puede exhibir propiedades de onda. Sugirió que el electrón se comporta como una onda en posición circular con una longitud de onda, lambda. La circunferencia de cada órbita contiene un número entero de longitudes de onda.

Ciertos puntos de la onda tienen amplitud de cero, estos son los nodos. De Broglie propuso la siguiente relación, en la que la longitud de onda del electrón depende de su masa y velocidad, siendo h el valor de la constante de Planck. Cuanto mayor sea la velocidad del electrón, más corta será su longitud de onda.

La hipótesis de De Broglie se extiende a toda la materia, y estas ondas se llaman ondas de materia"Sin embargo, los objetos macroscópicos grandes, como una pelota de golf, no aparecen como ondas. Si aplicamos la relación de De Broglie, el valor pequeño de la constante de Planck dividido por la masa y la velocidad de la pelota de golf revela una longitud de onda extremadamente pequeña que es demasiado pequeña para observarse. Sin embargo, para partículas subatómicas con masas extremadamente pequeñas como los electrones, no se puede ignorar su naturaleza ondulatoria.

Cuando los rayos X atraviesan un cristal, las ondas se difractan, y se obtiene un patrón de una interferencia distintiva que revela la disposición de los átomos en el cristal. Esta es la técnica de laboratorio conocida como difracción de rayos X.Si se realiza un experimento similar pasando electrones a través del cristal en lugar de rayos X, se observa un comportamiento similar. Esta es una evidencia experimental de que los electrones son partículas que demuestran un comportamiento ondulatorio.