Los tres grandes centros de la mecánica cuántica: Copenhague, Munich, Gotinga

18 Mayo 2017

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Dedicamos este post y los siguientes a revisar algunas de las investigaciones que llevaron a las nuevas y sorprendentes teorías de Niels Bohr sobre el interior del átomo. También, y especialmente, a pasar revista a los importantes desarrollos posteriores hasta los años 60 del siglo pasado. Destacamos una vez más el papel fundamental de la espectroscopia y señalamos los tres grandes centros de investigación sobre la materia activos en Europa a mediados del mencionado siglo.

Adolfo Castilla

Algunos textos de referencia

A labor pionera y muy destacable de Niels Bohr en cuanto a la descripción de la naturaleza cuántica del interior del átomo y los fenómenos extraños de las partículas que lo componen, hay que añadir la de una serie larga de investigadores que la continuaron a partir de 1913.

No es posible detenernos paso a paso en todos ellos, algo que si hacen con precisión algunos de los manuales consultados, incluyendo los de José Manuel Sánchez Ron, Historia de la física cuántica. 1.- El periodo fundacional (1860-1926) y El mundo después de la revolución, La física de la segunda mitad del Siglo XX; el de Carlos Solís y Manuel Sellés, Historia de la Ciencia; el de John Gribbin, Historia de la ciencia. 1543-2001; el de Guillermo Valverde, Mecánica cuántica; y varios otros. Así como libros más específicos como los de Robert P. Crease y Alfred Scharff Goldhaber, The Quatum Moment; Kenneth W. Ford, 101 Quantum Questions; Brian Cox & Jeff Forshaw, ¿Por qué E= mc?2 y el más reciente, El universo cuántico; y algunos de divulgación españoles como el de Rafael Andrés Alemañ Berenguer, Mundo Cuántico. Guía de peaje para peatones. Por citar algunos de los que tengo a mano.

Además de los personajes clave en los comienzos de la física cuántica, posteriormente denominada mecánica cuántica, la mayoría de ellos galardonados con el Premio Nobel, hay una larga lista de investigadores menos conocidos que hicieron aportaciones muy destacadas. En ellas se apoyaron los grandes para formular las teorías de las que hablamos.

Importancia de la espectroscopia

No hay que olvidar a este respecto que la espectroscopia fue muy importante en todo el proceso que venimos analizando. La idea de “cuanto” se le ocurrió a Max Planck estudiando la relación entre la energía de las radiaciones del cuerpo negro y las frecuencia de los espectros luminosos producidos por dichas radiaciones. El análisis de los espectros fue una materia muy importante, en el que destacó, por cierto, el español Miguel Antonio Catalán (1894-1957). Zaragozano de nacimiento se incorporó después de sus estudios en la Universidad de su ciudad natal al Laboratorio de Investigaciones Físicas de la Junta para Ampliación de Estudios en Madrid, dirigida por Blas Calzada. Desde allí marchó en 1920 a Inglaterra para trabajar con Alfred Fowler (1868-1940), uno de los más grandes espectroscopistas de la época.

La labor de Catalán a partir de 1916 y, sobre todo a partir de 1917, cuando terminó su tesis doctoral, analizando el espectro del manganeso, sirvió para que el gran físico y maestro de investigadores, Arnold Sommerfield (1868-1951),  profundizara hacia 1923 en el tema de los números cuánticos internos. Se conocieron en Madrid y posteriormente Catalán pasó en Munich el curso 1924-1925.

Antes, en 1916, Sommerfeld, un científico prusiano nacido en Königsberg, y fallecido en Munich, para entonces ya Alemania, había perfeccionado el modelo atómico de Bohr.

Arnold Sommerfeld, maestro de investigadores

Dicho modelo funcionaba bien par el átomo de Hidrógeno que tiene un solo electrón, pero no lo hacía tan bien para átomos de otros elementos en los que electrones del mismo nivel energético mostraban subniveles de energía, según mostraban los espectros realizados por diversos investigadores.

El mismo Sommerfeld, por otra parte, había deducido teóricamente que en algunos átomos las velocidades de los electrones eran sólo una fracción de la velocidad de la luz.

Todo lo anterior lo llevó a perfeccionar el modelo inicial de Bohr, con lo que con frecuencia se habla del modelo Bohr-Sommerfeld.

Fue, como hemos dicho, un maestro de investigadores muy importante y por su cátedra de Física Teórica de la Universidad de Munich, a la que accedió en 1906, pasó un impresionante número de investigadores muy relacionados con la mecánica cuántica. Estuvieron allí, por ejemplo, Werner Heisenberg y Wolfgang Pauli a los que nos referiremos en breve, además de Antonio Catalán. No obtuvo el Premio Nobel pero su nombre se echa en falta en la larga lista de físicos relacionados con la mecánica cuántica que sí lo consiguieron desde 1901 a 1954, muchos de ellos colegas, amigos y estudiantes suyos.

Su cátedra constituyó después de la de Bohr en Copenhague y algo antes de la de Max Born (1882-1970) en Gotinga (en los años 20 del siglo pasado), los tres centros más relevantes del desarrollo de la mecánica cuántica.

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