Los principios de la mecánica cuántica se aplican a los componentes de la materia que existen a su escala de influencia, que son las partículas atómicas, subatómicas y las ondas. La materia está compuesta de átomos que a su vez están compuestos de nucleones (protones y neutrones) y electrones. Otros partículas son los mesones. Estas pariculas están a su vez compuestas por otras más pequñas llamadas quarks, que hasta hoy día se les considera elementales junto los leptones y los bosones.

Estas partículas tienen propiedades que son relevantes a escala macroscópica como su tamaño, su masa y su carga, pero también tienen propiedades que marcan su compartamiento con la física cuántica como son el espín, isospín, paridad, color y sabor. Algunas de estas propiedades son las causantes de los efectos cuánticos que veremos más adelante.

Dos principios cuánticos básicos que hay que tener claro para entender la física cuántica son el principio de incertidumbre y la dualidad onda – partícula. Estos dos principios no tienen analogía en el mundo macroscópico, por lo que suelen ser difíciles de asimilar mentalmente.

El primero de ellos postula que hay parejas de propiedades de una partícula que no se puede saber simultáneamente. Las dos parejas más deestacadas son por un lado la velocidad y la posición y por el otro la energía el tiempo en la que posee esa energía. Matemáticamente, estos principios se expresan por una desigualdad, que relaciona el producto de las incertidumbres de esas variables con la constante de Planck.

Δx · Δ(mv) ≥ h/4π

ΔE · Δt ≥ h/4π

Hay pues un tope para la precisión con la que se conoce a las partículas cuánticas, si por ejemplo, conocemos de forma muy precisa la posición, tentremos una idea muy vaga de su velocidad, o si conocemos su energía con mucha precisión, no sabremos que tiempo la mantendrá.

El segundo principio rompe con la dicotomía clásica de que una cosa era una partícula, y otra muy distinta, una onda. En cuántica ahora son dos caras de una misma moneda y según las circunstancias mostrará propiedades de partícula o de onda. Esto se explica por el experimento del fotón pasando por una doble rendija. Si se realiza el experimento sin perturbarlo (sin hacer mediciones intermedias), el fotón se comporta como una onda y la doble rendija muestra el patrón de interferencia, típica de una onda, pero si hacemos una medición intermedia (intentando localizar el fotón antes de pasar por las rendijas) el fotón se comporta como una partícula y deja el resultado de dos franjas, una por cada rendija.

Así, un ente cuántico es a la vez onda y partícula, dependiendo de su interacción con el medio. Es más aún, un ente cuántico lleva superpuesto todos sus estados posibles y además igualmente probables todos ellos, y es solo cuando se interactúa con el, y lo buscamos en uno concreto de estos estados superpuestos, es cuando, es cuando se dice que colapsa en ese estado y deja de estar en todos los demás. En el terreno de la localización (determinar la posición), si no lo localizamos, no sabemos dónde está y puede estar en todos lados, adopta la propiedad de onda deslocalizada, perdiendo sus propiedades de partícula, mientras que si intentamos localizarlo y “colapsa” en una posición, se comporta como una partícula, perdiendo las propiedades de onda.

 

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