Ciencia na nube: Teoría cuántica ⚛️

Teoría cuántica

A teoría cuántica é unha teoría física baseada na utilización do concepto de unidade cuántica para describir as propiedades dinámicas das partículas subatómicas e as interaccións entre a materia e a radiación.
Baixo esta premisa construíuse o que é un dos alicerces fundamentais da física.

Antes da teoría cuántica, as leis de como se comportaban os corpos en movemento baseábase na mecánica newtoniana. Con todo, a finais do século XIX déronse importantes descubrimentos que explicaban mellor o mundo que nos rodea. E tamén, como consecuencia, arroxaron máis preguntas sobre o porqué das cousas.

Orixe

O físico alemán Max Planck foi o primeiro en falar sobre ela en 1900.
Postulou que a materia só pode emitir ou absorber enerxía en pequenas cantidades chamadas cuantos.

Doutra banda, o físico Werner Heisenberg, desenvolveu o principio de incerteza, que sería clave para entender mellor o mundo subatómico. Esta foi a súa gran achega á ciencia no século XX. Ofreceu unha nova visión máis ampla sobre a estrutura da materia e serviu de base para a comprensión da estrutura atómica.

Pera a teoría cuántica non deixa de ser unha teoría que, a pesar de servir para explicar moitos fenómenos, tamén ten os seus erros.

Aínda así polas comprobacións que se fixeron ata agora podéronse comprobar a través desta teoría, todos os experimentos que se fixeron ata agora están a favor da teoría cuántica.

Resultado de imagen de Werner Heisenberg

Max Planck e Werner Heisenberg

Marco de aplicación da Teoría Cuántica

O marco de aplicación da Teoría Cuántica limítase, case exclusivamente, aos niveis atómico, subatómico e nuclear, onde resulta totalmente imprescindible.

Pero tamén o é noutros ámbitos, como a electrónica (no deseño de transistores, microprocesadores e todo tipo de compoñentes electrónicos), na física de novos materiais, ( semiconductores e superconductores), na física de altas enerxías, no deseño de instrumentación médica (láseres, tomógrafos, etc.), na criptografía e a computación cuánticas, e na Cosmología teórica do Universo temperán.

De maneira que a Teoría Cuántica esténdese con éxito a contextos moi diferentes, o que reforza a súa validez.

https://endimages.s3.amazonaws.com/cache/fc/ab/fcab324727b92bbd2a5d58bf45f37765.jpg

Principio de Exclusión da Teoría Cuántica

(Principio de exclusión de Pauli)

Hoxe en día non conta co estatus de principio, xa que é derivable de supostos máis xerais (de feito, é unha consecuencia do Teorema da estadística do spin).

O principio de exclusión de Pauli establece que non poden existir dous fermiones (electróns por mencionar algún) cos seus catro números cuánticos iguais. Soamente dous electróns poden estar dentro dun mesmo orbital e con spin (xiro) oposto.
Este principio soamente aplica para os fermiones, non para os bosones.
A diferenza entre fermiones e bosones ten a súa orixe no número total de electróns, protones e neutróns que posúe o átomo en cuestión; se a suma de electróns, protones e neutróns é impar, o átomo é un fermión, mentres que se esta suma é par, o átomo é un bosón

Ademáis, os fermiones son partículas que teñen spin semi enteiro, por exemplo, os protóns, os neutróns e os electróns, os tres tipos de partículas subatómicas que constitúen a materia ordinaria. Os bosones teñen spin enteiro.

Bosones

É un tipo de partícula elemental que se cre ten un papel fundamental no mecanismo polo que se orixina a masa no Universo. A confirmación ou refutación da súa existencia é un dos obxectivos do Gran Colisionador de Hadrones ( LHC, polas súas siglas en inglés), o maior e máis potente acelerador de partículas do mundo que opera o Laboratorio Europeo de Física de Partículas ( CERN) na fronteira franco-suíza, preto de Xenebra.

Por que é tan importante o bosón de Higgs?

Porque é a única partícula predita polo Modelo Estándar de Física de Partículas que aínda non foi descuberta. O modelo estándar describe perfectamente as partículas elementais e as súas interaccións, pero queda unha parte importante por confirmar, precisamente a que dá resposta á orixe da masa. Para explicar isto, varios físicos, entre eles o británico Peter Higgs, postularon nos anos 60 do século XX un mecanismo que se coñece como o campo de Higgs. Do mesmo xeito que o fotón é o compoñente fundamental do campo electromagnético e da luz, o campo de Higgs require a existencia dunha partícula que o compoña, que os físicos chaman bosón de Higgs.

Como funciona?

O campo de Higgs sería unha especie de continuo que se estende por todo o espazo, formado por un incontable número de bosones de Higgs. A masa das partículas estaría causada por unha «fricción» co campo de Higgs, polo que as partículas que teñen unha fricción maior con este campo teñen unha masa maior.

Experimento de la doble ranura

Experimento de El gato de Schrodinger

O gato de Schrödinger é o paradoxo máis popular da física cuántica. Ten distintas variantes; aquí expoñemos a máis sinxela. Propúxoa o premio nobel austríaco Erwin Schrödinger en 1935. É un experimento mental que mostra o desconcertante do mundo cuántico.

Unha das liñas de pensamento científico ás que o paradoxo do austriaco afectou é a interpretación dos moitos mundos, na cal existen dúas realidades paralelas nas que o gato está morto nunha e vivo na outra. Ambas as realidades están a ocorrer ao mesmo tempo e, por tanto, ambas son reais pero non existe a posibilidade de que interactúen entre elas ou interfiran a unha na outra.

Resultado de imagen de principio de exclusion de pauli

Bibliografía

Ciencia na nube

jueves, 31 de enero de 2019

Teoría cuántica ⚛️