FISIKA

Louis de Broglie-ren materia-uhinak

Eragin fotoelektrikoari buruzko Albert Einsteinen lanek, uhin elektromagnetikoak, fotoiak izeneko elementuez eratuta daudela erakutsi zuten. Zentzu berrian, Louis de Brogliek 1924an atomoetako kanpo aldeko korpuskulu materialek portaera ondulatorioa dutela ere erakutsi behar lukete. Elektroien partikula eta uhin dualtasunaren egiaztatze esperimentalak, zein urte gutxi geroago iritsi baitzen, fisika kuantikoaren proposamen erakargarrienen zirkulua itxi zuen: existitzen den oro, aldi berean uhina eta materia da.

Materia eta uhinak

Bi mende baino gehiagoren zehar zientzia mahai-inguruak zuzendu zituzten argiaren jatorriari buruzko eztabaidak, 1905ean konpondu ziren, Albert Einstein, eragin fotoelektrikoaren interpretazioarekin (59. gaia ikusi) ordura arte bateraezinak bezala hartutako maneiaturiko bi hipotesiak lotu zituenean.

  • Ondulatorioa, zeinen arabera argi-erradiazioa espazioan zehar dabilen nahastea baita.
  • Korpuskularra, zeinek argia materiarekin elkarreraginean aritzeko gai diren korpuskulu materialez eratuta dagoela baitzioen.

Einsteinek, argiak, eta hedaduragatik uhin elektromagnetikoak batera korpuskulua eta uhina direla zioen, fotoiak deituriko masarik eta kargarik gabeko partikulez osatuta baitaude, zein espazioan zehar uhin mugimendua bezala zabaltzen baitira, ingurunearekin energia elkarraldatuz.

Espekulaziozko ikerketa batean, azaldu beharreko inolako ikusitako errealitateari erantzuten ez ziona, Louis de Broglie (1892-1987) frantsesak, zera jo zuen posibletzat: fotoiek bezala, elektroiek ere uhin eta korpuskulu dualtasun hori bera izatea.

De Broglieren uhinak

1924an argitaratutako lan batean, De Broglie fotoia eta elektroiaren arteko propietateen arteko alderaketatik abiatzen zen, azken partikula honek lehenengoaren berdinak ziren frekuentziazko energia momentu-uhinaren luzera harremanak izan zezakeela suposatzeko, eta horrela espresatuko lirateke:

. uhin bektorearekin norabidea eta zentzua banatzen duen bektore unitarioa izanik.

Hipotesi erlatibistetatik abiatuta, energia eta uhin eta partikula material bezala kontsideraturiko elektroiaren momentu linealaren arteko baliokidetasuna ezarri liteke, ondorengoa ondorioztatuz:

De Broglieren uhinaren luzera

Uhin eta partikula bezala ulerturiko elektroiaren portaera-magnitudetako alderaketatik, uhin-luzerarako balioa lortzen da, zeinek elektroiari loturiko mugimendu ondulatorioa izango bailuke, honela lortzen da:

non v partikulako abiadura da eta m bere masa. Magnitude hau, De Broglieren uhin luzera deiturikoa, abiadura gutxitzean handitu egiten da eta alderantziz.

Bohren (60. gaia ikusi) eredu atomikoaren postulatua aplikatzen bada, zeinek atomoetako elektroietako orbitak hainbat zenbaturiko radio soilik izan ditzakeela baitio, ondorengoa ondorioztatzen da:

Formula honen arabera, Bohr ereduan posible diren orbitak (egonkorrak), De Broglieren uhineko luzera kopuru osoaren berdina litzatekeen radioa zeukaten haiek lirateke.

Argian portaera ondulatorioa antzemateko, bere uhin-luzerako orden dimentsioak maneiatzea beharrezkoa zen (adibidez, difrakzio-ereduak probokatuko lituzketen zursareak, argizko interferentzien modura) bezalaxe, materiari loturiko uhinen eragina ikusteko masa oso txikizko partikulak erabili behar dira eta abiadura txikian lekualdatzen direnak, adibidez, elektroiak berak. Partikula hauetan, De Broglieren uhin-luzerako balioak lortzea zilegi litzateke, nanometro hainbat hamarreko esaterako.

Bohr-en zenbatze eta elektroiarentzako De Broglieren uhin-luzera erregelaren adierazpen grafikoa.

Balioztatze esperimentala

De Brolieek aurre esan zuen materiazko uhinen existentziari buruzko lehenengo froga esperimentala 1927an iritsi zen, Clinton Davisson (1881-1958), Lester Germer (1896-1971) estatubatuarrak eta George Thomson (1892-1975) ingelesak lan independenteetan De Broglieren uhin-luzeraren balioa zehaztu zutenean, teoria honen aurre esateen arabera.

Azken batean, eginiko esperimentuak elektroiak uhin eran portatzeko aukera hipotesian oinarritzen ziren, hau da, kristalean erasoko lukeen partikula hauetako sorta batek, X izpietarako ikusiriko difrakzio-diagrama berdintsuak ekoiztu behar lituzke. Elektroientzako difrakzio ereduak lortu zirenean, partikula hauek, fotoiek bezala, bere propietate korpuskularren (materia) arabera nahiz ondulatorioen arabera (uhina) manifestatzen direla kontsideratu zen. Materiako uhin-korpuskuluzko dualtasunaren hipotesia, ondorengo urteen zehar oinarrizko partikula oro eta bere eranskinei (nukleoak eta atomoak) hedatu zen.

Louis-Victor de Broglie

Louis-Victor de Broglie (1892-1987), frantziar aristokrata eta fisikariak mekanika kuantiko berriari ikuspegi berriak zabaldi zizkion, baita ere ondulatorioa zen elektroien jatorriaren aurkikuntzarekin, zeini posible baitzen uhin frekuentzia eta luzera bat lotzea.

 

Antimateria

Partikulak eta antipartikulak existitzen dira. Azken hauek (adibidez, protoien aurkakoak eta elektroien aurkakoak, positroiak bezala ere ezagutuak), bere materia ordain gisakoen berdinak dira, aurkako zeinua daukaten salbuespenarekin. Korpuskulu hauek, hipotetikoki antimateriazko atomoak eratzen dituzte, zein, hala ere, ez baitira naturan aurkitzen, erabateko suntsidura erreakzioan, antipartikulek, dagokien partikulekin bat-batean erreakzionatzen dutelako.