Louis de Broglie, azken aintzindari kuantikoa

Louis eta Maurice anaia.

Albert Einsteinek lehenago uhin bezala begiratu zuena (argia) partikula bezala ere (fotoia) begiratu behar zela esan zuen. De Brogliek antzeko ikuspegia erabiliz lehenago partikula bezala (elektroia) hartzen zenak orain uhin bezala ere begiratua izan behar zuela inferitu zuen. Berehala, uhin/parikula dualismoa fisika berri osora sartu zen.

Aurkikuntzak oso arrunta badirudi ere, arazoaren hondarretaraino etorri da. Argiaren uhinek partikula bezala jokatzen badute zera pentsatu zuen: zergatik ez dute elektroiek uhin bezala jokatuko? Horretan gelditu izan balitz, ez zatekeen teoria kuantikoaren fundatzailetako bat bezala gogoratua izango eta ez zukeen Nobel Saria (1929) jasoko. Espekulazio bezala ideiak ez du pisu handirik eta lehenago, 1912.ean X izpiei buruz antzeko espekulazioak egin ziren. Orduan William H. Braggs fisikari handiak zera esan zuen X izpien fisikari buruz: nere irudiz, problema ez da sortzen X izpiei buruzko bi teorien artean aukeratu behar izatean, baizik eta bien ahalmena izango lukeen teoria bat aurkitzean.

De Broglieren lorpenik handiena uhin/partikula dualismoaren formulazio matematikoa egitea izan zen. Materiak nola jokatzen zuen deskribatu zuen eta hori detektatzeko metodoak proposatu. Fisikari-talde baten kiderik gazteena izatearen abantaila handia izan zuen. Bere anaia zaharrago bat, Maurice, fisikaria zen eta ikerketarantz zuzendu zuen. Louis De Brogliek geroago esan zuenez, Mauricek berarekin izaten zituen elkarrizketetan uhin eta partikulen alderdi dualaren ukaezinezko errealitatearen garrantzia azpimarratzen zion. Ideia honen garaia iritsia zen eta Louis de Brogliek fisika teorikoa aldatuko zuen pieza arrunt heldua zegoenean bizi izatearen zoria izan zuen.

Funtzionaritzaren bidean baina...

De Broglie 1892.ean jaio zen. Bere familiaren tradizioak funtzionaritzara bultzatzen bazuen ere, 1910.ean Pariseko Unibertsitatean hasi zenean, zientziaz (mekanika kuantikoaz bereziki) sutsuki interesatu zen. Bere anaiak (17 urte zaharragoa zen) zabaldu zion mundu horretarako leihoa. Mauricek gainera (1908.ean doktore-titulua lortua zuen) Solvay-ko lehenengo kongresuko zientzi idazkarietako bat izanik, honi buruzko informazioa pasatu zion Louisi. Baina bi urte geroago, 1913, bere fisikazko ikasketak eten egin ziren. Epe labur baterako hasiera batean, baina Lehenengo Mundu-Gerra tartean izan zelarik, bere soldaduska 1919.a arte luzatu zen.

Louis de Broglie-k mekanika kuantikoa irakasten zuen. Harbel honetan formalismo kuantikoaren oinarrizko ekuazioetako bat idatzirik dago.

Gerra bukatuta de Brolglie teoria kuantikoa ikastera itzuli zen eta partikulen eta uhinen terorien azpian zetzan batasuna aurkitzera eraman zuten lerroetan lanean hasi zen. Eztanda 1923.ean jazo zen, argi-kuantuen naturari buruz Comptes Rendus aldizkari frantsesean hiru artikulu argitaratu zituenean eta ondoren 1924.eko hasieran Philosophical Magazine delakoan ingelesezko laburpena argitaratu zenean. Ekarpen labur hauek ez zuten inpaktu handirik sortu, baina de Brogliek bere ideiak berrordenatu eta doktorego-tesirako osatuago aurkezten ditu. 1924.eko azaroan irakurtzen du Sorbonan eta 1925.eko hasieran Annales de Physique aldizkarian argitaratzen da. Honela bere lanaren oinarria argitu egiten da eta 1920.eko hamarkadan fisikak duen aurrerakuntzarik handienetakoa bilakatzen da.

Ideien muina

Argi-kuantuentzat Einsteinek deribatutako bi ekuazioetatik hasten da de Broglie lanean:

E=h ; p=h /c

Bi ekuazio hauetan partikulei dagozkien propietateak (energia eta momentua) ezkerrean agertzen dira eta uhinei dagozkienak (maiztasuna) eskuinean. De Broglieren arabera argia uhina ala partikula den ebazteko saioek huts egiten zuteneko jokaera, bi moduak hertsiki estekatuta daudelako da. Partikula baten momentu propietatea neurtzeko maiztasun izeneko bere propietatea ere ezagutu behar duzu. Dualitate hau ez dagokie fotoiei bakarrik. Garai hartan elektroiak jokaera jatorreko partikulak zirela uste zen, nahiz eta atomoen barnean energi mailak era kurios batez bete. Baina de Broglie zeraz ohartu zen: elektroiak zenbaki osoz definitutako orbitetan bakarrik existitzen badira, horrek uhin-propietate bat definitzen duela nola edo hala. Fisikaren baitan zenbaki osoak behar dituzten fenomeno bakarrak bibrazio-modu normalenak eta interferentziazkoak dira idatzi zuen bere tesian. Gertakizun honek bultzatu ninduen ni elektroiei gorpuskulu huts moduan bakarrik ez begiratzera; periodikotasuna esleitu behar zitzaiela alegia.

De Brogliek uhinak partikulekin asoziatuta zeudela uste zuen eta fotoiaren moduko partikula batek bere bidea asoziatutako uhina duelako daramala iradoki zuen. Partikula uhinarekin lotuta dago. Honen emaitza, uhinekin eta partikulekin egindako saioen ebidentziak erabiltzen zituen argiaren jokamoldearen deskripzio matematiko zehatza zen. De Broglieren tesia aztertu zuten aztertzaileek matematikak gogokoak izan zituzten, baina partikula batekin asoziatutako partikularen ideiak ez zuela esanahi fisikorik, matematikaren bitxikeria zela, uste zuten. Aztertzailetako batek materiaren uhinak detektatzeko zein saio egin zitekeen galdetu zionean, kristal batean gertatutako elektroi-sorta baten difrkazioaz erantzun zion. Saioa zirrikitu batzuetan zehar egiten den argiaren difrakzioaren modukoa da. Erregularki espaziatutako kristal baten atomoek, maiztasun altuko (uhin-luzera motzeko) elektroiak difraktatzeko nahikoa zirrikitu estuak eratzen dituzte.

Ideia berria errotuz doa

1927.ean Brusselako Solvay Institutuan egindako fisikarien bilerara joandako batzuk. Mekanika kuantikoaren aintzindariak bertan daude. Ezkerretik eskuinera T. de Donder, E. Schrödinger, E. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R.H. Fowler, L. Brillouin, P. Debye, P.A.M. Dirac, A.H. Compton, L. de Broglie, M. Born, N. Bohr, A. Einstein, P. Langevin, C.E. Guye, C.T.R Wilson, eta O.W. Richardson.

Bere kalkuluen arabera de Brogliek bazekien zein uhin-luzerari begiratu behar zion, baina elektroien difrakzioen bidez egokiro azal zitezkeen fenomenoak 1914.ean jadanik ezagunak zirela ez zekien. Kristalak frogatzeko elektroiak erabili zirenean jazo ziren fenomenook. De Broglie bere ideiak formulatzen ari zen garai beretsuan, 1922-23, bi amerikar fisikari, Clinton Davisson et Charles Kunsman, Ramsauer efektu izenez ezagututako gertaerak aztertzen ari ziren. Honen ezagutzarik ez zuenez, de Brogliek uhin/ partikula hipotesiaz saioak egin zitezen bultzatuz ziharduen. Bitartean de Broglieren tesiaren zuzendariak, Paul Langevin-ek, Einsteini lanaren kopia bat igorri zion. Einsteinek tesian matematikazko bitxikeria bat baino zerbait gehiago ikusi zuen eta materiaren uhinak errealak izan behar zutenaz ohartu zen. Einsteinek Göttingen-en zegoen Max Born-i pasatu zizkion berriak. Bertako fisika-departamentuko buru zen James Franck-ek Davisson-en saioek efektua jadanik frogatua zutela esan zuen.

Davisson eta Kunsman-ek beste anitz fisikarik bezala, Ramsauer efektua bonbardatutako atomoen egiturak sortzen zuela eta ez elektroien izaerak uste zuten. Walter Elsassek, Born-en ikasle batek, ohar labur bat argitaratu zuen saio horiek elektroi-uhinen terminotan azalduz 1925.ean, baina ikerlariak ez ziren inpresionatu bere datuak teoriko batek berrinterpretatu zituenean batez ere teorikoa 21 urteko ikasle ezezagun bat zenean.

1925.ean, nahiz eta ebidentzia esperimentala existitu, materi uhinen ideia zerbait lainotsu baino gehiago ez zen. Erwin Schrödinger-ek egitura etomiko berri bat de Broglieren ideia erabiliz planteatu zuenean bakarrik sortu zen elektroi-difrakzioaren saioak egiteko irrika. Saio hauek 1927.ean egin zirenean, De Broglie zuzen zebilela frogatu zuten (kristal-sareek elektroiak difraktatzen dituzte uhinak izango balira legez). Aurkikuntza bi taldek egin zuten independenteki: Davisson-ek eta bere lankide berri Lester Germer-ek EEBBtan alde batetik eta George Thomson-ek (J.J.-ren semeak) eta Alexander Reid ikasleak Britainia Haundian bestetik. Bi taldeok teknika desberdinak erabili zituzten. 1928.etik hona de Broglieren uhin/partikula dualismoaren ebidentzia esperimentala bazterrezina da.