¿Cómo desentrañó Einstein el universo cuántico y creó el fotón?
A principios del siglo XX, un experimento pionero conocido como efecto fotoeléctrico revolucionó nuestra comprensión de la luz y los electrones.
Contrariamente a lo esperado, el comportamiento de los electrones bajo la influencia de la luz no se correspondía con las teorías clásicas del electromagnetismo. Mediante este experimento, Albert Einstein descubrió la existencia de fotones, lo que marcó un cambio notable en nuestra comprensión del universo físico.
Tradicionalmente, se creía que la luz se propagaba como ondas de electricidad y magnetismo, como aclaró James Clerk Maxwell. Según este entendimiento, los electrones acumulaban progresivamente energía luminosa hasta alcanzar un umbral energético que les permitía escapar de su superficie metálica.
Sin embargo, el efecto fotoeléctrico reveló resultados sorprendentes. Sólo la luz por encima de cierta frecuencia era capaz de liberar electrones e, independientemente de la intensidad de la luz, los electrones siempre salían con el mismo nivel de energía.
La solución de Einstein
Einstein rápidamente propuso una solución ingeniosa a este enigma. Postuló que la luz misma está cuantificada y existe como paquetes discretos de energía conocidos como fotones.
Estas unidades indivisibles de material luminoso se comportan como si fueran ondas cuando se amalgaman, pero su naturaleza de partículas se hace evidente cuando se examinan individualmente.
A diferencia de las ondas continuas, los fotones no se pueden dividir en proporciones fraccionarias. En cambio, ocurren en múltiplos integrales, análogos a una unidad, dos unidades, etc.
El innovador descubrimiento de Einstein resolvió el enigma del efecto fotoeléctrico. La energía necesaria para que los electrones escapen de un metal depende únicamente de la frecuencia de la luz, no de su brillo o intensidad. Las frecuencias más altas corresponden a fotones más energéticos. La energía insuficiente en los fotones más lentos hace que los electrones no puedan liberarse.
La colisión de fotones con electrones transmite una cantidad fija de energía, lo que explica por qué los electrones escapan de manera constante y uniforme. El descubrimiento de los fotones por parte de Einstein iluminó la naturaleza cuántica subyacente de la luz, revelando un mundo microscópico que desafiaba la comprensión clásica.
Esta revelación constituyó un hito crucial en el progreso científico, le valió a Einstein el Premio Nobel y allanó el camino para una mayor exploración de las partículas cuánticas y sus intrincados comportamientos.
Referencia de la noticia:
Sutter P., How Einstein Unlocked the Quantum Universe and Created the Photon. Universe Today (2023).