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Teknos revista científica

Un análisis cuántico relativista de la ecuación de Dirac con sus soluciones y aplicaciones

Diego Durango Uribe, Ricardo Vivas Reyes

Published Jul 30, 2025• 0 citations
Publisher

Abstract

Este artículo ofrece un enfoque detallado para la derivación y análisis de la ecuación de Dirac, subrayando su importancia en la física cuántica-relativista. Se exploran las bases matemáticas detrás de la ecuación, incluyendo el uso de matrices de Pauli y matrices gamma, y se discuten las soluciones tanto para partículas en reposo como en movimiento. Se analizan también las aplicaciones de la ecuación en el contexto de la física de partículas y la física del estado sólido, prestando especial atención a las interacciones con campos electromagnéticos y el fenómeno de la antimateria. Este trabajo busca no solo presentar las ecuaciones, sino también ofrecer una discusión profunda de los conceptos subyacentes, con el objetivo de proporcionar una comprensión completa y accesible para estudiantes e investigadores.

DOI
10.25044/25392190.1096

Related papers

SPIN AND RELATIVITY: A SEMICLASSICAL MODEL FOR ELECTRON SPIN

H. Torres‐Silva

RESUMENLa relación cuántica m c 0 2 0 puede ser considerada como la equivalencia entre dos expresiones para la energía en reposo de la partícula, si 0 se considera la velocidad angular de giro de partículas en su marco en reposo.La invariancia del intervalo relativista espacio-tiempo ds c dt dr 2 2 2 2 para tal movimiento de espín (isotropía espacial) conduce al impulso de espín S z / 2 para todas las partículas sin estructura, independientemente de sus valores de masa.La inercia es una propiedad intrínseca debido al movimiento de spin de las partículas.Los signos de los valores de masa que se producen en las soluciones de la ecuación de Dirac podrían estar relacionados con la orientación del espín, según lo sugerido por la relación fundamental m c 0 2 0 .Además se refiere al electrón, y más concretamente con dos de las principales propiedades: su función de onda compleja, y su giro intrínseco.En su interpretación estándar no hay una clara imagen del espacio real de lo que es oscilante en la onda, o lo que está girando en el espín.De hecho, es la creencia generalizada de que ningún modelo sencillo puede dar cuenta de la rotación de espín de los electrones.Por el contrario, en el presente trabajo se muestra que un crudo modelo mecánico de rotación de vórtices coherentes explica cuantitativamente no sólo el espín, sino también la propia función de onda.Las consecuencias de esto son examinadas en este trabajo.

Ingeniare. Revista chilena de ingeniería•Mar 11, 2008•4 citations

Elementos matemáticos de la mecánica cuántica

Jorge Ricardo Bolaños Servín, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Roberto Quezada Batalla +1 more

Resumen.En estas notas se exponen con detalle y de manera autocontenida las herramientas básicas de la teoría de los espacios de Hilbert complejos de dimensión infinita, que son necesarias para un primer estudio, matemáticamente riguroso, de la mecánica cuántica.En la última parte incluimos una introducción axiomática a la mecánica cuántica y una breve exposición del modelo del oscilador armónico y de la teoría de estados cuánticos Gaussianos. IntroducciónLa mecánica cuántica es la rama de la física que estudia los fenómenos físicos que ocurren en escalas de longitudes muy pequeñas.El calificativo "cuántico" surge de, en contraste con la mecánica clásica, considerar algunas cantidades que toman solamente valores discretos i.e., en "paquetes" o quantum-quanta en latín.Aún cuando hay muchas nociones de la mecánica cuántica que aún suscitan controversia, esta teoría se aplica exitosamente para describir el comportamiento de sistema físicos y sus predicciones son consistentes con los experimentos.Los sistemas físicos que estudia la mecánica cuántica, exhiben propiedades ondulatorias que se pueden describir mediante una ecuación de onda, por ejemplo, la bien conocida "ecuación de Schrödinger", que describe la evolución temporal de una partícula subatómica con masa, en el contexto no relativista.En estas notas trabajamos con el formalismo de matrices de densidad, que permite describir estados que son mezclas de estados puros.En consecuencia, este enfoque resulta ser una herramienta poderosa para describir sistemas cuánticos más generales, por ejemplo, acoplamientos (ensambles) de muchos sistemas cuánticos idénticos.El material que se presenta en este trabajo está dividido en cuatro secciones compuestas de la siguiente manera: la sección 1 contiene una selección de resultados de índole geométrico y analítico de la teoría de espacios de Hilbert: ortogonalidad y descomposición ortogonal, convexidad, operadores lineales, norma de operadores y funcionales lineales.La sección 2 se concentra en la clase de los operadores compactos, particularmente en los operadores de la clase de traza y de manera especial, en los operadores de Hilbert-Schmidt.Es relevante mencionar que los estados cuánticos se representan mediante operadores positivos de traza uno.La sección 3 se dedica al estudio de operadores no acotados que pueden no estar densamente definidos en un espacio de Hilbert.Abordamos también el estudio de operadores cerrados y cerrables, el adjunto de un operador y una introducción a la teoría espectral de operadores.Una parte esencial de esta sección son los operadores simétricos e isométricos, los cuales exhiben similitudes en sus propiedades geométricas y espectrales.Cabe señalar que las observables físicas se representan por operadores simétricos típicamente no acotados.Por último, en la sección 4 se discuten brevemente postulados de la mecánica cuántica en el marco del formalismo de matrices de densidad, se revisa el modelo del oscilador armónico cuántico y se ofrece una introducción a los estados cuánticos Gaussianos.Al final de cada sección incluimos una selección de problemas que sirven para complementar estas notas.El lector interesado puede profundizar en el estudio de resultados aquí expuestos, desde los más básicos hasta los más avanzados, en la literatura clásica de operadores lineales, por ejemplo en [1,2,3,4,13,20].

Mixba' al(en línea)/Mixba' al•Aug 28, 2023•0 citations

Elementos de física moderna

Osvaldo Civitarese

El libro está dedicado a la presentación de temas básicos de la denominada “física moderna”. Está diseñado para estudiantes de segundo y tercer año de la licenciatura en Física y carreras afines e intenta familiarizar al estudiante con los conceptos y herramientas de cálculo adecuados a los temas incluidos en el texto. Los temas tratados incluyen la teoría de la relatividad especial de Einstein, el modelo atómico de Bohr, las leyes de la radiación, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, los principios de la mecánica ondulatoria, la ecuación de Schroedinger y sus soluciones para el oscilador armónico y el campo coulombiano. Se presentan las reglas de cuantificación del momento angular y se discuten las soluciones de la ecuación de Schroedinger en presencia de barreras de potencial. El material del texto se acompaña con ejercicios de aplicación y lecturas recomendadas. Al final de cada capítulo se presenta una guía de los conceptos expuestos.

•Jan 1, 2017•0 citations

Aplicación de la ecuación de Schrödinger en el estudio del movimiento de moléculas diatómicas

Bueno Barbosa, Douglas Andrés

Comprender los fenomenos fisicoquimicos que ocurren a nivel subatomico es factor fundamental para entender el comportamiento de la materia a estas escalas de energia. Es necesario hacer uso de la ecuacion de Schrodinger para modelar de forma aproximada el movimiento de los atomos que componen una molecula. Durante el desarrollo de este trabajo de grado, se abordo el estudio de la ecuacion de Schrodinger y su aplicacion en el movimiento de moleculas diatomicas. A traves de la cual se describe el potencial de interaccion, asi como las energias traslacionales, rotacionales y vibracionales de dichas moleculas. De igual forma se estudia el Hamiltoniano en forma general, y particularmente para la molecula de hidrogeno. De esta manera se establecieron las bases para abordar el estudio de algunas moleculas, acerca de las cuales hasta la culminacion de este trabajo, no se habia presentado un estudio general ni detallado en la literatura, como la molecula de BrCl para la cual se realizo este analisis fenomenologico.

•Jan 1, 2019•0 citations

Estado del arte de la computación cuántica sus desafíos y aplicaciones

Richard Eliseo Mendoza Gáfaro, Edgar Alexis Albornoz Espinel, Heber Armando Pabón Conde

El artículo es una revisión del estado del arte de la computación cuántica, sus desafíos y aplicaciones. La metodología del proyecto se basa en un enfoque riguroso y estructurado que comienza con la identificación de las bases de datos y fuentes de información relevantes en el campo de la computación cuántica. Luego, se definen los criterios de inclusión y exclusión para seleccionar los estudios pertinentes. Los estudios seleccionados se someten a un análisis crítico y se extraen los datos relevantes. Los desafíos de la computación cuántica se identifican y se discuten en el contexto de los avances actuales en el campo. Las aplicaciones potenciales y actuales de la computación cuántica se exploran en detalle. Finalmente, los hallazgos se sintetizan y se presentan de manera coherente y comprensible. Este enfoque permite una comprensión profunda y actualizada del estado del arte de la computación cuántica, sus desafíos y aplicaciones.

REVISTA COLOMBIANA DE TECNOLOGIAS DE AVANZADA•Jul 1, 2025•0 citations

FORMULACIÓN DE LA MECÁNICA CUÁNTICA RELATIVISTA PARAMETRIZADA CON UN TIEMPO PROPIO. II

Fabián H. Gaioli, Eric Tremolada Álvarez

En una serie de trabajos previos analizamos una formulación de la Mecánica Cuántica Relativista basada en una parametrización de la ecuación de Dirac originalmente propuesta por Feynman. En este trabajo discutimos la interpretación del producto escalar indefinido introducido anteriormente. El signo de la norma posibilita clasificar a los estados en estados de "partícula" y "antipartícula". Se utiliza la extensión del álgebra de Poincaré propuesta por Johnson de modo tal de incluir un cuadrioperador posición en la teoría y se discute el problema de la localización en este marco, el cual puede ser resuelto manteniendo la covariancia a expensas de considerar estados de masa indefinida

ANALES AFA•Aug 30, 2013•0 citations
Este artículo ofrece un enfoque detallado para la derivación y análisis de la ecuación de Dirac, subrayando su importancia en la física cuántica-relativista. Se exploran las bases matemáticas detrás de la ecuación, incluyendo el uso de matrices de Pauli y matrices gamma, y se discuten las soluciones tanto para partículas en reposo como en movimiento. Se analizan también las aplicaciones de la ecuación en el contexto de la física de partículas y la física del estado sólido, prestando especial atención a las interacciones con campos electromagnéticos y el fenómeno de la antimateria. Este trabajo busca no solo presentar las ecuaciones, sino también ofrecer una discusión profunda de los conceptos subyacentes, con el objetivo de proporcionar una comprensión completa y accesible para estudiantes e investigadores.
RESUMENLa relación cuántica m c 0 2 0 puede ser considerada como la equivalencia entre dos expresiones para la energía en reposo de la partícula, si 0 se considera la velocidad angular de giro de partículas en su marco en reposo.La invariancia del intervalo relativista espacio-tiempo ds c dt dr 2 2 2 2 para tal movimiento de espín (isotropía espacial) conduce al impulso de espín S z / 2 para todas las partículas sin estructura, independientemente de sus valores de masa.La inercia es una propiedad intrínseca debido al movimiento de spin de las partículas.Los signos de los valores de masa que se producen en las soluciones de la ecuación de Dirac podrían estar relacionados con la orientación del espín, según lo sugerido por la relación fundamental m c 0 2 0 .Además se refiere al electrón, y más concretamente con dos de las principales propiedades: su función de onda compleja, y su giro intrínseco.En su interpretación estándar no hay una clara imagen del espacio real de lo que es oscilante en la onda, o lo que está girando en el espín.De hecho, es la creencia generalizada de que ningún modelo sencillo puede dar cuenta de la rotación de espín de los electrones.Por el contrario, en el presente trabajo se muestra que un crudo modelo mecánico de rotación de vórtices coherentes explica cuantitativamente no sólo el espín, sino también la propia función de onda.Las consecuencias de esto son examinadas en este trabajo.
Resumen.En estas notas se exponen con detalle y de manera autocontenida las herramientas básicas de la teoría de los espacios de Hilbert complejos de dimensión infinita, que son necesarias para un primer estudio, matemáticamente riguroso, de la mecánica cuántica.En la última parte incluimos una introducción axiomática a la mecánica cuántica y una breve exposición del modelo del oscilador armónico y de la teoría de estados cuánticos Gaussianos. IntroducciónLa mecánica cuántica es la rama de la física que estudia los fenómenos físicos que ocurren en escalas de longitudes muy pequeñas.El calificativo "cuántico" surge de, en contraste con la mecánica clásica, considerar algunas cantidades que toman solamente valores discretos i.e., en "paquetes" o quantum-quanta en latín.Aún cuando hay muchas nociones de la mecánica cuántica que aún suscitan controversia, esta teoría se aplica exitosamente para describir el comportamiento de sistema físicos y sus predicciones son consistentes con los experimentos.Los sistemas físicos que estudia la mecánica cuántica, exhiben propiedades ondulatorias que se pueden describir mediante una ecuación de onda, por ejemplo, la bien conocida "ecuación de Schrödinger", que describe la evolución temporal de una partícula subatómica con masa, en el contexto no relativista.En estas notas trabajamos con el formalismo de matrices de densidad, que permite describir estados que son mezclas de estados puros.En consecuencia, este enfoque resulta ser una herramienta poderosa para describir sistemas cuánticos más generales, por ejemplo, acoplamientos (ensambles) de muchos sistemas cuánticos idénticos.El material que se presenta en este trabajo está dividido en cuatro secciones compuestas de la siguiente manera: la sección 1 contiene una selección de resultados de índole geométrico y analítico de la teoría de espacios de Hilbert: ortogonalidad y descomposición ortogonal, convexidad, operadores lineales, norma de operadores y funcionales lineales.La sección 2 se concentra en la clase de los operadores compactos, particularmente en los operadores de la clase de traza y de manera especial, en los operadores de Hilbert-Schmidt.Es relevante mencionar que los estados cuánticos se representan mediante operadores positivos de traza uno.La sección 3 se dedica al estudio de operadores no acotados que pueden no estar densamente definidos en un espacio de Hilbert.Abordamos también el estudio de operadores cerrados y cerrables, el adjunto de un operador y una introducción a la teoría espectral de operadores.Una parte esencial de esta sección son los operadores simétricos e isométricos, los cuales exhiben similitudes en sus propiedades geométricas y espectrales.Cabe señalar que las observables físicas se representan por operadores simétricos típicamente no acotados.Por último, en la sección 4 se discuten brevemente postulados de la mecánica cuántica en el marco del formalismo de matrices de densidad, se revisa el modelo del oscilador armónico cuántico y se ofrece una introducción a los estados cuánticos Gaussianos.Al final de cada sección incluimos una selección de problemas que sirven para complementar estas notas.El lector interesado puede profundizar en el estudio de resultados aquí expuestos, desde los más básicos hasta los más avanzados, en la literatura clásica de operadores lineales, por ejemplo en [1,2,3,4,13,20].
El libro está dedicado a la presentación de temas básicos de la denominada “física moderna”. Está diseñado para estudiantes de segundo y tercer año de la licenciatura en Física y carreras afines e intenta familiarizar al estudiante con los conceptos y herramientas de cálculo adecuados a los temas incluidos en el texto. Los temas tratados incluyen la teoría de la relatividad especial de Einstein, el modelo atómico de Bohr, las leyes de la radiación, el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, los principios de la mecánica ondulatoria, la ecuación de Schroedinger y sus soluciones para el oscilador armónico y el campo coulombiano. Se presentan las reglas de cuantificación del momento angular y se discuten las soluciones de la ecuación de Schroedinger en presencia de barreras de potencial. El material del texto se acompaña con ejercicios de aplicación y lecturas recomendadas. Al final de cada capítulo se presenta una guía de los conceptos expuestos.
Comprender los fenomenos fisicoquimicos que ocurren a nivel subatomico es factor fundamental para entender el comportamiento de la materia a estas escalas de energia. Es necesario hacer uso de la ecuacion de Schrodinger para modelar de forma aproximada el movimiento de los atomos que componen una molecula. Durante el desarrollo de este trabajo de grado, se abordo el estudio de la ecuacion de Schrodinger y su aplicacion en el movimiento de moleculas diatomicas. A traves de la cual se describe el potencial de interaccion, asi como las energias traslacionales, rotacionales y vibracionales de dichas moleculas. De igual forma se estudia el Hamiltoniano en forma general, y particularmente para la molecula de hidrogeno. De esta manera se establecieron las bases para abordar el estudio de algunas moleculas, acerca de las cuales hasta la culminacion de este trabajo, no se habia presentado un estudio general ni detallado en la literatura, como la molecula de BrCl para la cual se realizo este analisis fenomenologico.
El artículo es una revisión del estado del arte de la computación cuántica, sus desafíos y aplicaciones. La metodología del proyecto se basa en un enfoque riguroso y estructurado que comienza con la identificación de las bases de datos y fuentes de información relevantes en el campo de la computación cuántica. Luego, se definen los criterios de inclusión y exclusión para seleccionar los estudios pertinentes. Los estudios seleccionados se someten a un análisis crítico y se extraen los datos relevantes. Los desafíos de la computación cuántica se identifican y se discuten en el contexto de los avances actuales en el campo. Las aplicaciones potenciales y actuales de la computación cuántica se exploran en detalle. Finalmente, los hallazgos se sintetizan y se presentan de manera coherente y comprensible. Este enfoque permite una comprensión profunda y actualizada del estado del arte de la computación cuántica, sus desafíos y aplicaciones.
En una serie de trabajos previos analizamos una formulación de la Mecánica Cuántica Relativista basada en una parametrización de la ecuación de Dirac originalmente propuesta por Feynman. En este trabajo discutimos la interpretación del producto escalar indefinido introducido anteriormente. El signo de la norma posibilita clasificar a los estados en estados de "partícula" y "antipartícula". Se utiliza la extensión del álgebra de Poincaré propuesta por Johnson de modo tal de incluir un cuadrioperador posición en la teoría y se discute el problema de la localización en este marco, el cual puede ser resuelto manteniendo la covariancia a expensas de considerar estados de masa indefinida