Mecánica Cuántica
En 1924, el físico francés Louis de Broglie escribió su tesis doctoral "Investigación sobre la teoría cuántica" (Recherches sur la thé Orie des quanta) ("Investigación sobre la teoría cuántica"). ") propuso la hipótesis de De Broglie, que supone que toda la materia tiene dualidad onda-partícula como los fotones; es decir, en condiciones apropiadas, los electrones y otra materia exhibirán propiedades de partícula u onda. naturaleza. Si un experimento físico puede explicar el movimiento de una partícula en una posición local en una órbita espacial a medida que evoluciona en el tiempo, el experimento ilustra claramente la naturaleza de la partícula. Las ondas, como las ondas de luz, que pasan a través de las dobles rendijas en un experimento de doble rendija producen patrones de interferencia en la barrera de detección. Este fenómeno sin duda distingue la naturaleza de las olas. en 1927. El físico británico George Tomson utilizó finas películas metálicas y los físicos estadounidenses Clinton Davidson y Lester Germer utilizaron cristales de níquel para descubrir el efecto de interferencia de los electrones.
La tesis doctoral de De Broglie supuso para Erwin Schrödinger una gran revelación: dado que una partícula fluctúa, debe existir una ecuación de onda que pueda describir completamente el comportamiento físico de esta partícula. En 1926, Schrödinger ideó la ecuación de Schrödinger, que puede describir el mecanismo de propagación de las ondas electrónicas. No puede dar una trayectoria y posición claras del electrón en ningún momento. Pero puede calcular la probabilidad de que un electrón esté en una determinada posición, es decir, la probabilidad de encontrar un electrón en una determinada posición. Schrödinger usó su propia ecuación para calcular la línea espectral de un átomo de hidrógeno y obtuvo la misma respuesta predicha por el modelo de Bohr (ver Átomo de Hidrógeno para más detalles). El concepto ondulatorio de la ecuación de Schrödinger crea una nueva plataforma de desarrollo para la mecánica cuántica. Se analizan más a fondo el espín del electrón y la interacción de varios electrones.
En 1928, Paul Dirac desarrolló la ecuación de Dirac. Esta fórmula describe el comportamiento físico de los electrones relativistas. Los electrones relativistas se mueven casi a la velocidad de la luz. Para explicar el problema del estado de energía negativo anormal encontrado por la solución de electrones libres de la ecuación de Dirac, Dirac propuso un modelo de vacío llamado Mar de Dirac: el vacío es un mar infinito lleno de partículas de energía negativa. Por lo tanto, predijo la existencia de positrones (el par de electrones de antimateria) en el universo. En 1932, Carl Anderson confirmó por primera vez la existencia de positrones en experimentos con rayos cósmicos.
En un experimento realizado en 1947, Willis Lamb y el estudiante de posgrado Robert Retherford descubrieron que algunos átomos de hidrógeno no deberían tener estados degenerados con diferencias de energía, e incluso podrían tener estados de energía muy pequeños. Este fenómeno se llama cambio de Lamb. Casi al mismo tiempo, en un experimento realizado por los asistentes de Polykarp Kusch, Template y Henry Foley, se descubrió que el momento magnético anómalo del electrón, el momento magnético del electrón, era ligeramente mayor de lo predicho por la teoría de Dirac. Para explicar estos fenómenos, Asachō, Julian Schwinger y Richard Feynman crearon la electrodinámica cuántica en 1940 d.C.