Mecánica Cuántica: Conceptos fundamentales y experimentos

Escenario: El experimento de la doble rendija

Ana es una estudiante de física que está aprendiendo sobre mecánica cuántica. Su profesor ha explicado el famoso experimento de la doble rendija y ahora Ana está tratando de entender sus implicaciones.

Pregunta 1:

En el experimento de la doble rendija con electrones, ¿qué se observa en la pantalla cuando se disparan electrones de uno en uno?

• Dos líneas brillantes correspondientes a las dos rendijas

• Una distribución uniforme de electrones en toda la pantalla

• Un patrón de interferencia similar al de las ondas

• Una acumulación aleatoria de puntos sin patrón discernible

Pregunta 2:

¿Qué principio fundamental de la mecánica cuántica se demuestra con el experimento de la doble rendija?

• El principio de incertidumbre de Heisenberg

• La dualidad onda-partícula

• El principio de exclusión de Pauli

• La conservación de la energía

Answer explanation

Pregunta 2: La respuesta correcta es B. Este experimento demuestra el principio de la dualidad onda-partícula, uno de los conceptos fundamentales de la mecánica cuántica. Este principio establece que las partículas subatómicas pueden exhibir propiedades tanto de ondas como de partículas, dependiendo de cómo se observen o midan.

Pregunta 3:

¿Qué ocurre con el patrón de interferencia en el experimento de la doble rendija si se intenta medir por cuál rendija pasa cada electrón?

• El patrón de interferencia se vuelve más nítido

• El patrón de interferencia desaparece, mostrando solo dos franjas

• El patrón de interferencia no cambia en absoluto

• Se crea un nuevo patrón de interferencia completamente diferente

Answer explanation

Pregunta 3: La respuesta correcta es B. Si se intenta medir por cuál rendija pasa cada electrón, el patrón de interferencia desaparece y se observan solo dos franjas, correspondientes a las dos rendijas. Este fenómeno ilustra el principio de complementariedad y el efecto del observador en la mecánica cuántica. El acto de medir "colapsa" la función de onda del electrón, forzándolo a comportarse como una partícula clásica que pasa por una rendija u otra, pero no por ambas simultáneamente.

Pregunta 4:

¿Cuál de los siguientes fenómenos NO puede explicarse mediante la mecánica clásica y requiere la mecánica cuántica para su comprensión?

• El movimiento de los planetas alrededor del sol

• La caída libre de objetos en la Tierra

• El efecto fotoeléctrico

• El péndulo simple

Pregunta 5:

Complete la siguiente frase...

El principio de ____________ de Heisenberg establece que no es posible determinar simultáneamente y con precisión arbitraria la posición y el momento de una partícula.