Tabla de Contenido:

Introducción del Tema

1- Átomo: Fotones y electrones……………………………………… 1

Conceptos y breve historia…………………………………………….......... 1

Carga eléctrica de las partículas elementales………………………………..1

Carga eléctrica elemental…………………………………………………… 2

Estructura del átomo………………………………………………………… 2

Partículas elementales sub-atómicas………………………………………… 2

Modelos Atómicos que han surgido a través de la historia………………......

2 – 6

Identificación de átomos…………………………………………………….. 6

Isotopos………………………………………………………………………. 7

Niveles energéticos…………………………………………………………… 7

2- Electrones…………………………………………..………………. 8

Historia del electrón…………………………………………………………... 8

Clasificación de los electrones……………………………………………….. 9

Propiedades…………………………………………………………………… 9

Electrones en la mecánica cuántica………………………………………….. 10

3- Fotones……………………………………………………………...10

Propiedades físicas…………………..……………………………………….. 12

Dualidad onda-corpúsculo…………………………………………………… 12

Emisión estimulada y espontánea……………………………………………. 13

Como afecta la materia a los fotones………………………………………… 13

Utilidades de los fotones…………………………………………………….. 14

Conclusión del Tema

Bibliografía

Introducción

En la presente recopilación de

información se ha de presentar de

formas claras, objetivas y precisas los

diversos elementos y partículas que

interactúan en los átomos para su

adecuado funcionamiento.

Planteando las propiedades de

estos elementos visto tanto desde el

punto de vista de la física clásica como desde el punto de vista de la

física moderna y cuántica; de forma que se obtuvo una panorámica

desde todos los puntos de vista, desde los cuales se le podía analizar.

Átomo: Fotones y ElectronesÁTOMO: CONCEPTOS Y BREVE HISTORIA

tomo, la unidad m ás pequeña posible   de   un  elemento químico.   La   palabra  átomo proviene   de   la   palabra  griega átomos,   que   significa  indivisible. En   un   periodo  prolongado de tiempo se pensó que  los   átomos eran   los   constituyentes  indivisibles de   la   materia,   es   decir,  los   veían como  partículas   elementales;   pero   los  descubrimientos  del   siglo  XX   revelaron  que  el átomo no era elemental, sino que tiene como componentes a los protones, neutrones y electrones.

Hasta 1932, los físicos consideraban a la materia como constituida por solo tres partículas   (electrones,   protones   y   neutrones).   Exceptuando   al   neutrón   libre,   estas partículas   son  muy   inestables.  A  principios   de  1945,   se   descubrieron  muchas  nuevas partículas en los experimentos de colisiones de partículas conocidas a muy altas energías. Estas nuevas partículas tienen como característica ser muy inestables y de vida media muy corta (con un rango de 10-6 a 10-23 segundos).

CARGA ELÉCTRICA DE LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES

En física, carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas  partículas   subatómicas  que  se  manifiesta  mediante atracciones   y   repulsiones  que  determinan   las  interacciones electromagnéticas  entre   ellas.   La  materia  cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos siendo, a su vez, generadora de ellos. 

La carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado experimentalmente por Robert Millikan. Por razones históricas, los electrones tienen carga -1, también notada -e. Los protones tienen la carga opuesta, +1 o +e. 

El  descubrimiento  de  la  atracción  y   repulsión  de  elementos  al  conectarlos  con materiales eléctricos se lo atribuye a Stephen Gray, el primero en proponer la existencia 

de dos tipos de carga es  Charles du Fay aunque fue Benjamin Franklin quién al estudiar estos fenómenos descubrió como una electricidad normal de  los cuerpos antes de ser frotados que después se distribuía en lugares donde había más atracción que otros; por eso los denominó como (+) y (-).

CARGA ELÉCTRICA ELEMENTAL

Las investigaciones actuales de la física apuntan a que la carga eléctrica es una propiedad cuantizada. La unidad más elemental de carga se encontró que es la carga que tiene el  electrón, es decir alrededor de 1.6 x 10-19  culombios y es conocida como carga elemental. 

Fue gracias a los trabajos de  Millikan  al medir la carga eléctrica del electrón, se demostró que la carga eléctrica no es continua, o sea, no es posible que tome valores arbitrarios, sino que los valores que puede adquirir son múltiplos enteros de una cierta carga eléctrica mínima.

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO

Actualmente   los  científicos  afirman que el átomo   tiene   varios   componentes   entre   los   que podemos   citar   están:   el   núcleo  que  posee   carga positiva y está formado por protones y neutrones (a   los   que   se   le   llaman   nucleón),   y   también   se encuentran los electrones que forman una nube de electrones alrededor del núcleo.   La cantidad total de  nucleones  que  contiene  un  átomo se   conoce como número másico.

PARTÍCULAS SUB-ATÓMICAS FUNDAMENTALES

Partículas Masa UMA CargaElectrón 9.11 x 10–31 kg 0.00055 -1Protón 1,67262 × 10–27 kg 1.0073 +1neutrón 1,67493 × 10–27 kg 1.0087 0

La fuerza de interacción nuclear es lo que permite que los protones aunque tenga cargas positivas (deberían repeler entre sí) se mantienen unidas por cohesión debido a la existencia de esta fuerza la cual es de mayor magnitud, aunque de menor alcance.

Alrededor del núcleo se encuentran los electrones y la cantidad de electrones de un átomo en su estado basal es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo.

Un átomo puede perder  o  adquirir  algunos  de  sus  electrones  sin  modificar   su identidad química, transformándose en un ion.

Gran parte de la masa que posee un átomo se concentra en el núcleo, formado por los protones (1836 veces más pesado que un electrón) y los neutrones (1838 veces más pesado que un electrón.

MODELOS ATÓMICOS QUE HAN SURGIDO A TRAVÉS DE LA HISTORIA

Los descubrimientos de físicos y químicos han variado a  lo  largo de  la historia, transformando   así   los   diversos   modos   de   representar   el   átomo.   Más   adelante presentaremos una relación cronológica de la evolución del modelo atómico a través de los tiempos:

MODELO ATÓMICO DE JOHN DALTON

Durante el siglo XVIII y principios del XIX algunos científicos habían   investigado distintos  aspectos  de  las   reacciones  químicas, obteniendo las llamadas leyes clásicas de la Química. Uno de estos científicos fue John Dalton quien fue el primer en representar a un átomo mediante un modelo, este modelo fue elaborado en  1808. 

La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría   atómica,   para   explicar   estas   leyes,   es   la   de minúsculas   partículas   esféricas,   indivisibles   e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico. 

Las leyes que sustentaban el modelo atómico del Dalton son las siguientes:

La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades   propias.   Los   átomos   de   los   diferentes   elementos   tienen   pesos diferentes. Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas. Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples. Los   átomos   de   elementos   diferentes   se   pueden   combinar   en   proporciones distintas y formar más de un compuesto. Los compuestos químicos se forman al  unirse átomos de dos o más elementos distintos. 

MODELO ATÓMICO DE JOSEPH JOHN THOMSON

Los   resultados   obtenidos   mediante   el   estudio   de   los   rayos catódicos, los rayos positivos y demás fenómenos que se investigaban entonces,   llevaron a  J.   J.  Thomson a proponer que el  átomo podía considerarse como una esfera de carga positiva en la cual se hallaban incrustados los electrones. 

Luego de descubrir el electrón (mediante el tubo de rayo catódico) en 1897,  demostró   que   dentro   de   los   átomos   hay   unas   partículas 

diminutas,   con   carga   eléctrica   negativa,   a   las   que   se   llamó  electrones.   De   este descubrimiento   dedujo   que   el   átomo   debía   de   ser   una   esfera   de   materia   cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones.

El  modelo atómico de Thomson, también conocido como el modelo del pudín, es una   teoría   sobre   la  estructura  atómica.   Se  pensaba  que   los  electrones   se  distribuían uniformemente   alrededor   del   átomo.   En   otras   ocasiones,   en lugar de una sopa de carga positiva se postulaba con una nube de carga positiva.

Si hacemos una interpretación del modelo atómico desde un   punto   de   vista   más   macroscópico,   puede   definirse   una estructura  estática  para  el  mismo dado  que   los  electrones   se encuentran   inmersos   y   atrapados  en  el   seno  de   la  masa  que define la carga positiva del átomo.

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

Este modelo fue desarrollado por el físico Ernest Rutherford a partir de los resultados del experimento de Rutherford en 1911.  Este modelo atómico en consecuencia, es muy diferente al de thomson, puesto que según Rutherford el átomo está constituido por un núcleo de carga positiva, en el que radica toda la masa del átomo, alrededor del  cual  se mueven  los  electrones.  Rutherford  pudo demostrar que el radio del núcleo es del orden de 10-13  cm, o sea unas mil veces menor que el radio del átomo.

Demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo. Dedujo que el átomo debía estar formado  por   una  corteza  con   los   electrones   girando   alrededor   de   un  núcleo   central cargado positivamente.

Rutherford  predijo   la  existencia  del  neutrón en  el  año 1920,  por  esa   razón en el  modelo  anterior   (Thomson),  no  se habla de éste.

Aunque   más   preciso   que   los   anteriores,   el   modelo atómico de Rutherford presentaba varios errores:

Contradecía   las   leyes  del  electromagnetismo de   James Clerk Maxwell No explicaba los espectros atómicos. 

MODELO ATÓMICO DE NIELS BOHR

El  modelo de Bohr es un modelo cuantizado del átomo que Bohr propuso en 1913 para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo. Este modelo planetario es un modelo funcional que no representa el átomo (objeto físico) en sí sino que explica su funcionamiento por medio de ecuaciones.

Este se basó en el  átomo de hidrógeno para realizar  el  modelo. Bohr   intentaba  realizar  un modelo  atómico  capaz  de explicar   la estabilidad de la materia y  los espectros de emisión y absorción discretos que se observan en los gases.

En este  modelo  los  electrones  giran en órbitas  circulares alrededor   del   núcleo,   ocupando   la   órbita   de   menor energía   posible,   o   la   órbita   más   cercana   posible   al núcleo. El electromagnetismo clásico predecía que una partícula cargada moviéndose de forma circular emitiría energía   por   lo   que   los   electrones   deberían   colapsar sobre   el   núcleo   en   breves   instantes   de   tiempo.   Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energético. Cada órbita puede entonces identificarse mediante un número entero n que toma valores desde 1 en adelante. Este número "n" recibe el nombre de Número Cuántico Principal.

Postulados de Bohr

1. Los electrones orbitan el átomo en niveles discretos y cuantizados de energía.

2. Los electrones pueden saltar de un nivel electrónico a otro sin pasar por estados intermedios. 

3. El salto de un electrón de un nivel cuántico a otro implica la emisión o absorción de un único cuanto de luz, cuya energía corresponde a la diferencia de energía entre ambas órbitas. 

4. Las   órbitas   permitidas   tienen   valores   discretos   o cuantizados  del  momento  angular  orbital  L  de  acuerdo con la siguiente ecuación: 

Donde n = 1, 2, 3,… es el número cuántico angular o número cuántico principal. 

MODELO DE SCHRÖDINGER

Después   de   que   Louis-Víctor   de   Broglie   propuso   la naturaleza   ondulatoria   de   la   materia   en   1924,   la   cual   fue generalizada   por   Erwin   Schrödinger   en   1926,   se   actualizó nuevamente el modelo del átomo.

En   el   modelo   de   Schrödinger   se   abandona   la concepción   de   los   electrones   como   esferas   diminutas   con carga que giran en torno al núcleo, que es una extrapolación de   la  experiencia  a  nivel  macroscópico  hacia   las  diminutas dimensiones del átomo. En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones por medio de una función de onda, el cuadrado de la cual representa la probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio. Esta zona de probabilidad se conoce como orbital. La gráfica siguiente muestra los orbitales para los primeros niveles de energía disponibles en el átomo de hidrógeno y oxígeno.

El modelo atómico de Schrödinger es un modelo cuántico no relativista se basa en la solución de la  ecuación de Schrödinger  para un potencial electrostático con simetría esférica, llamado también átomo hidrogenoide.

IDENTIFICACIÓN DE  ÁTOMOS   

Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste  es  fijo  para   los  átomos de un mismo elemento.  De esta  manera  se  pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo:

Número atómico:  Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ZX (1H, 8O, 26Fe).

Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: AX (1H, 8O, 26Fe).

ISÓTOPOS

Los  isótopos  son   átomos   de   un   mismo elemento que tienen igual número atómico, pero distintos   números   másicos.   Es   decir,   tienen   el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.

LOS NIVELES ENERGÉTICOS DEL ÁTOMO

Tl  como lo postulo Bohr,   la  energía de  los electrones está restringida a ciertos valores   definidos,   a   lo   que   se   le   llama   nivel   energético.   Los   valores   energéticos   no representan  ningún  ente  físico,   tal   como  una  órbita   u  otra   trayectoria  particular   del electrón. Sin embargo, si da una idea aproximada de la posición del electrón en el sentido de  que,   en  general,   la   energía  de   los  electrones  es  mayor  mientras  más  alejados   se encuentran del núcleo. En otras palabras el nivel energético del electrón aumenta hacia afuera del núcleo.

Cada   nivel   se   designa   por   un   número,  n, llamado número cuántico principal, que toma valores: 1, 2, 3,…7.

SUBNIVELES DE ENERGÍA

Estudios  más  profundos  permitieron     conocer posteriormente   que   no   todos   los   electrones   de   un mismo nivel tienen igual energía, sino que cada valor energético   tiene   varios   subniveles.   El   número   de subniveles de cada nivel es igual a n. Así, el nivel (n = 1) tiene un subnivel, el nivel (n = 2) tiene dos subniveles, y así sucesivamente.

Los subniveles se representan por letras s, p, d y f en orden creciente de energía. Los   niveles   y   subniveles   energéticos   de   los   electrones   se   distribuyen  de   la   siguiente manera:

Clase de subnivel s p d fNúmero máximo de electrones 2 6 10 14

ElectronesEl electrón es un tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de 

la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los átomos y   las   moléculas.   Los   electrones   están   presentes   en   todos   los   átomos   y   cuando   son arrancados del átomo se llaman electrones libres.

El  electrón, comúnmente representado como  e−  es una partícula subatómica de tipo   fermiónico.   Los   electrones   tienen   una   masa   pequeña   respecto   al   protón,   y   su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. 

HISTORIA DEL ELECTRÓN

La existencia del electrón fue postulada por G. Johnstone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica. El electrón fue descubierto por Joseph John Thomson en 1905 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, mientras estudiaba   el   comportamiento   de   los rayos   catódicos.   Aunque   Stoney   había propuesto   la   existencia   del   electrón, pero   fue  Thomson  quien   descubrió   su carácter de partícula fundamental.

George  Paget   Thomson,  hijo  de J.J.   Thomson,   demostró   la   naturaleza ondulatoria   del   electrón   al   lograr difractar  los electrones al atravesar una lámina   de   metal.   Dicho   experimento condujo a la aparición de un patrón de interferencia como el que se obtiene en la   difracción   de   ondas   como   la   luz, probando la dualidad onda corpúsculo la 

mecánica   cuántica  postulada  en  1926  por  De  Broglie.  Este  descubrimiento   le  valió  el Premio Nobel de Física de 1937.

El  espín  del  electrón se observó por vez primera en el  experimento de Stern y Gerlach.   Su   carga   eléctrica   puede   medirse   directamente   con   un  electrómetro  y   la corriente   generada  por   su  movimiento   con  un  galvanómetro.   Seis   años   antes   de   los descubrimientos de Thomson, el físico irlandés Stoney había propuesto la existencia de estas partículas, pero no lo había podido comprobar. Como asumía que la partícula tenía carga   eléctrica,   la   denominó   electrón.   Posteriormente,   otros   científicos   demostraron experimentalmente que estas partículas o electrones, tienen una masa 2000 veces menor que el átomo de hidrógeno.

CLASIFICACIÓN DE LOS ELECTRONES

El electrón es un tipo de partícula subatómica denominada leptón, que se cree que es una de las partículas fundamentales de acuerdo con el modelo estándar de partículas. Como   para   cualquier   partícula   subatómica,   la  mecánica   cuántica  predice   un comportamiento  ondulatorio  de   los   electrones   en   ciertos   casos,   esta   propiedad   se denomina dualidad onda corpúsculo.

PROPIEDADES

El electrón tiene una carga eléctrica negativa de −1,6 × 10−19 coulombs y una masa de 9,1 × 10−31 kg  (0,51 MeV/c2). El electrón tiene momento angular intrínseco o  espín de 1/2 (en unidades de Planck). Dado que el espín es semientero los electrones se comportan como fermiones, es decir, colectivamente son descritos por la estadística de Fermi-Dirac.

La mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los átomos, pero existen   casos   donde   se   desplazan   libremente   por   la   materia   o   formando  un   haz   de electrones en el vacío. 

El   electrón   es   una  partícula   elemental,   lo   que   significa   que   no   tiene   una subestructura. Sin embargo, en las cercanías de un electrón pueden medirse variaciones en su masa y su carga.

Hay una constante física llamada radio clásico del electrón, con un valor de 2,8179 × 10−15 m. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinámica clásica, no de la mecánica   cuántica.   Por   lo   tanto   esta   constante   se   refiere   a   un   concepto   desfasado, aunque útil para algunos cálculos.

LOS ELECTRONES EN LA MECÁNICA CUÁNTICA

En la mecánica cuántica, el electrón es descrito por la ecuación de Dirac, mientras que el comportamiento colectivo de los electrones viene descrito por  la  estadística de Fermi-Dirac.  En el  modelo estándar  de  la  física de partículas  forma un doblete con el neutrino, dado que ambos interaccionan de forma débil. En la naturaleza existen además otros dos "electrones masivos", el  muón y el  tauón, con propiedades similares al mismo aunque   sin   embargo   son   partículas   diferentes,   que   tienen   una   corta   existencia   y   se desintegran muy rápidamente.

El equivalente al electrón en la  antimateria, su  antipartícula, es el  positrón, que tiene la misma cantidad de carga eléctrica que el electrón pero positiva. El espín y la masa son iguales en el electrón y el positrón. Cuando un electrón y un positrón colisionan, tiene lugar la aniquilación mutua, originándose dos fotones de rayos gamma con una energía de 0,500 MeV cada uno.

Los electrones son un elemento clave en el electromagnetismo, una teoría que es adecuada desde un punto de vista clásico, aplicable a sistemas macroscópicos.

FotonesEl fotón es una partícula indivisible que se mueve, siempre, a la velocidad de la luz. 

Ésta   es   la   máxima   velocidad   de   propagación   posible   en   el   Universo.   Ningún   cuerpo material puede alcanzarla porque la resistencia de la materia a ser acelerada, su inercia, aumenta con la velocidad, y se hace infinita a la velocidad de la luz. 

El fotón se mueve a la velocidad de la luz porque no es una partícula material; su masa es  nula.  Esto tiene  la  consecuencia  adicional  de que su velocidad no puede ser disminuida; esto es, los fotones no pueden ser frenados, existen sólo en movimiento a la velocidad de la luz. 

La posibilidad de que existieran partículas sin masa moviéndose a la velocidad de la luz fue anticipada por Einstein en la teoría de la relatividad. Por esto se llaman "partículas relativistas".   Existen   otras   partículas   relativistas   con   propiedades   diferentes   a   las   del fotón. Los neutrinos, por ejemplo, no son visibles por el ojo humano. 

Los   fotones   son   producidos   por   cargas   eléctricas   en   movimiento.   Las   cargas eléctricas producen simultáneamente fuerzas eléctricas y magnéticas que se propagan en el espacio a la velocidad de la luz como ondas electromagnéticas. Los fotones se mueven en direcciones precisas, pero se les encuentra sólo en los lugares donde ocurren las ondas 

de fuerzas eléctricas y magnéticas generadas por las cargas. Se puede encontrar un fotón, todo completo,  en cualquier  lugar donde esas fuerzas existan;  más probablemente en aquellos lugares donde esas fuerzas son mayores. Como las fuerzas electromagnéticas se propagan en forma de ondas, el fotón podrá ser encontrado con mayor probabilidad en lugares de interferencia constructiva de estas ondas y con menor o nula probabilidad en aquellos  de   interferencia  destructiva.  Esto,  en  algunos   fenómenos  como  la  difracción, hace  que  su  movimiento   se  confunda  con  el  de  una  onda,  pero  el   fotón   siempre   se manifiesta como una unidad indivisible y nunca en fracciones, ni repartido sobre la región ocupada por la onda electromagnética. 

Los fotones se manifiestan como partículas, ya que concentran sus energías, sus movimientos y sus efectos en regiones definidas y separadas. 

El  fotón es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno  electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética,   incluyendo a  los  rayos gamma,  los  rayos X,  la  luz ultravioleta,  la  luz visible,   la  luz  infrarroja,   las  microondas,  y   las  ondas de radio,  el   fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). 

Cuando el   fotón  interacciona con  la  materia  para transferir  una cantidad fija de energía, que viene dada por la expresión

Donde  h  representa la  constante de Planck,  c  es la  velocidad de la luz, y λ es la longitud de onda. 

Además   de   energía,   los   fotones   llevan   también   asociada   una  cantidad   de movimiento o  momento lineal, y tienen una  polarización. La descripción anterior de un fotón   como   un   portador de   radiación electromagnética   es utilizada   con   frecuencia por   los   físicos.   Sin embargo,  un fotón puede considerarse   como   un mediador   para   cualquier tipo   de   interacción electromagnética. 

La idea de la luz como partícula retornó con el concepto moderno de fotón, que fue  desarrollado  gradualmente  entre  1905  y  1917  por  Albert  Einstein  apoyándose  en trabajos anteriores de  Planck, en los cuales se introdujo el concepto de  cuánto. Con el 

modelo de fotón podían explicarse observaciones experimentales que no encajaban con el modelo ondulatorio clásico de la luz. 

En   particular,   explicaba   cómo   la   energía   de   la   luz   dependía   de   la  frecuencia (dependencia  observada  en  el  efecto   fotoeléctrico)  y   la   capacidad  de   la  materia  y   la radiación electromagnética para permanecer en equilibrio térmico.

El  concepto de fotón ha  llevado a avances muy  importantes en física teórica y experimental, tales como la teoría cuántica de campos, el condensado de Bose-Einstein y la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, y a inventos como el láser.

El fotón (se representa normalmente con el símbolo ) fue llamado originalmente por Albert Einstein "cuanto de luz”. 

PROPIEDADES FÍSICAS

Diagrama de Feynman mostrando el intercambio de un fotón virtual   (simbolizado por una  línea ondulada y   )  entre  un positrón y un electrón.

El   fotón   no   posee  carga   eléctrica  y   no   se   desintegra espontáneamente  en  el   vacío.   El   fotón  tiene  dos  estados posibles  de  polarización  que  pueden  describirse  mediante tres parámetros continuos: las componentes de su vector de onda, que determinan su longitud de onda  y su dirección de propagación. 

DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO Y PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE

Los   fotones,   como   todos   los   objetos   cuánticos,   presentan   tanto   propiedades ondulatorias como corpusculares. Su naturaleza dual onda-partícula puede ser difícil de visualizar.   El   fotón   muestra   sus   propiedades   ondulatorias   en   fenómenos   como   la difracción y las interferencias. Por ejemplo, en un experimento de la doble rejilla, un fotón individual   pasando   a   través   de   éstas   incidiría   en   la   pantalla   con   una  distribución  de probabilidad dada por sus patrones de interferencia determinados por las ecuaciones de Maxwell. Sin embargo, los experimentos confirman que el fotón no es un corto pulso de radiación electromagnética; no se dispersa al propagarse, ni se divide al encontrarse con un divisor de haz. 

En vez de esto, el fotón se comporta como una partícula puntual, puesto que es absorbido  o  emitido en su  conjunto  por  sistemas  arbitrariamente  pequeños,   sistemas mucho más pequeños que sus longitudes de onda, tales como un núcleo atómico (≈10–15 

m de diámetro) o incluso un electrón. Sin embargo, el fotón no es una partícula puntual cuya   trayectoria  sea  determinada probabilísticamente  por  el  campo electromagnético, según  fue concebido por  Einstein  y  otros;  esa  hipótesis   fue   también refutada por   los experimentos de correlación de fotones ya mencionados anteriormente. De acuerdo con los  conocimientos  actuales,   los  propios  campos electromagnéticos  son producidos por fotones, los cuales a su vez resultan de una simetría de gauge local y las leyes de la teoría cuántica de campos.

EMISIÓN ESTIMULADA Y ESPONTÁNEA

Emisión   estimulada (en   la   cual   los   fotones   se "clonan"   a   sí   mismos)   fue predicho por Einstein en su derivación   de   E=hν,   y condujo   al   desarrollo   del láser.

En  1916,  Einstein  demostró  que   la  hipótesis   cuántica  de  Planck  E  =  hν  podría derivarse de un tipo de ecuación cinética.5 Considere una cavidad en equilibrio térmico y llena   de  radiación   electromagnética  y   de   sistemas   que   pueden   emitir   y   absorber   la radiación. El equilibrio térmico requiere que la densidad ρ(ν) de fotones con frecuencia ν sea constante en el tiempo, por lo cual, la tasa de emisión de fotones a una determinada frecuencia debe ser igual a la tasa de absorción de ellos.

Einstein   teorizó   que   el   ritmo   de   absorción   de   un   fotón   de   frecuencia   ν   y transicionar de un estado de energía más bajo  Ej  a otro más alto  Ei  era proporcional al número Nj de moléculas con energía Ej y a la densidad ρ(ν) de fotones en el ambiente con tal frecuencia.

COMO AFECTA LA MATERIA A LOS FOTONES

La luz que viaja a través de materia transparente, lo hace a una velocidad menor que  c,   la velocidad de la luz en el vacío. Por ejemplo, los fotones en su viaje desde el centro del Sol sufren tantas colisiones, que la energía radiante tarda aproximadamente un millón de años en llegar a la superficie; sin embargo, una vez en el espacio abierto, un fotón tarda únicamente 8.3 minutos en llegar a la Tierra.

Viendo   al   fotón   como   una   partícula,   la   disminución   de   la   velocidad   puede describirse en su lugar como una combinación del fotón con excitaciones cuánticas de la materia   (cuasipartículas  como  fonones  y  excitones)   para   formar   un  polaritón;   este 

polaritón tiene una masa efectiva distinta de cero, lo que significa que no puede viajar con velocidad c. Las diferentes frecuencias de la luz pueden viajar a través de la materia con distintas velocidades; esto se conoce como  dispersión. La velocidad de propagación del polaritón v es igual a su velocidad de grupo, que es la derivada de la energía con respecto al momento lineal.

UTILIDADES DE LOS FOTONES

Los fotones tienen muchas aplicaciones en tecnología entre los que podemos citar el láser que es una aplicación extremadamente importante.

Otra utilidad es el tubo fotomultiplicador clásico se basa en el efecto fotoeléctrico; un fotón que incide sobre una lámina de metal arranca un electrón, que inicia a su vez una avalancha de electrones. 

Algunos detectores como los contadores Geiger utilizan la capacidad de los fotones para ionizar moléculas de gas, lo que da lugar a un cambio detectable en su conductividad.

Bajo algunas condiciones, se puede excitar una transición de energía por medio de dos  fotones, no ocurriendo dicha transición con los fotones por separado. Esto permite microscopios con mayores resoluciones, además, estos fotones causan un menor daño a la muestra, puesto que son de menor energía.

Conclusión

Este es el momento culminante del análisis, donde emergen a

la luz los niveles alcanzado durante la realizacion del trabajo; para lo

cual se debió de estudiar todos los recursos, factores, caracteristicas

y medios que influyen en las diversas circunstancias que rodean al

atomo y a las particulas sub-atomicas.

Como observacion final manifiestamos que todos los conceptos

manejados en el documentos han sido desglozado al maximo posible,

esperamos que nuestros esfuerzo haya sido suficiente, para

satisfacer sus espectativas.

!Gracias por haber sido el magnifico maestro, que ha

demostrado ser en cada clase!

BibliografíaLibros consultados:

Química  2000,   J.  Violeta  A.  Morales,  Ediciones  Susaeta,  primera  edición 

1998, Impresión Santo Domingo, R.D.

Fisica Seray, Tomo I y II, primera edición, año 2001. 

Portales Web Visitados:

      www.wikipedia.com   , La Enciclopedia Libre

      www.monografias.com    

Enciclopedias consultadas:

Microsoft ® Encarta ® 2008. © 1993-2007 Microsoft Corporation. 

Reservados todos los derechos.

Gran Consultor Educar, edición 2002, tercera Edición revidada.