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La difracción de partículas (continuación)

l experimento crucial de Davison y Germer proporcionó, en su día, la primera comprobación experimental directa de la hipótesis de De Broglie sobre la existencia de ondas de materia asociadas a las partículas en movimiento.

Más adelante se lograron difractar partículas de mayor masa como neutrones o incluso átomos completos, eligiendo como red de difracción un cristal apropiado a las dimensiones de la longitud de la onda de materia asociada a la correspondiente partícula móvil.

Consolidada la teoría de De Broglie, la difracción de neutrones se ha convertido en una técnica física útil para la determinación de la estructura cristalina de los sólidos, es decir, la forma geométrico en la que sus átomos y, en particular, sus núcleos se distribuyen por el espacio formando el cristal.

Una interpretación para las ondas de materia

Las partículas subatómicas en movimiento se comportan también como ondas. Al igual que la luz, la materia a ese nivel microscópico es dual, presentándose unas veces en forma de ondas y otras en forma de partículas en función de la naturaleza del experimento montado para detectarla.

Una onda puede considerarse como una oscilación que viaja o se propaga por el espacio o por un medio material. Cabe entonces preguntarse cuál es la naturaleza de las ondas de materia, qué es lo que vibra en las ondas de De Broglie y qué relación existe entre el electrón como partícula y su onda asociada.

Las ondas de materia son ondas que, aun cuando tienen la misma forma matemática que las otras ondas, no tienen el mismo significado. Cumplen las leyes típicas del comportamiento ondulatorio, pero no corresponden a una propiedad física que se propague por el espacio. Son más bien ondas matemáticas o más exactamente ondas de probabilidad, porque en un punto cualquiera de su trayecto la amplitud de la onda de materia elevada al cuadrado define la probabilidad de encontrar a su partícula correspondiente en dicho punto.

Dado que en una onda de luz el cuadrado de la amplitud constituye una medida de la intensidad luminosa, la referencia a este tipo de ondas puede ilustrar la clase de relaciones que existen, en general, entre una partícula y su onda asociada.

Si en el experimento de interferencias de Young (o de las dos rendijas) se colocase en la pantalla un detector móvil de fotones que pudiese desplazarse de arriba abajo por la pantalla, se observaría cómo las franjas alternadas de máxima y mínima intensidad luminosa coinciden con las zonas en las que el detector registra un número alto y bajo (o nulo), respectivamente, de fotones. La intensidad de la onda luminosa en un punto de la pantalla da, pues, idea de la probabilidad de localizar al fotón en ese punto.

Si en lugar de utilizar una fuente de luz se empleara en el experimento una fuente de electrones, un detector apropiado (contador Geiger) al barrer de arriba abajo la pantalla arrojaría un número de cuentas por minuto cuyo valor variaría con la altura, de la misma forma que lo hace la intensidad de luz en el experimento de Young. O dicho en otros términos, si se representara gráficamente la variación del número de cuentas por minuto con la coordenada Y se obtendría una gráfica típica del fenómeno de interferencia. Los electrones llegan, pues, a la pantalla como partículas y es la probabilidad de llegada lo que se distribuye por aquélla del mismo modo que lo hace la intensidad de una onda.

Este resultado indica que la relación entre la onda de materia y el electrón correspondiente es de tipo estadístico o probabilístico. Éste es el secreto de esas relaciones enigmáticas y poco intuitivas que caracterizan la llamada dualidad onda-partícula.

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