La radiactividad es el proceso de desintegración y transformación espontánea de núcleos atómicos volátiles, seguido de la emisión de radiación. George Gamow fue capaz de utilizar la mecánica cuántica para explicar el fenómeno radiactivo del decaimiento alfa a través de un proceso llamado tunelización. Las partículas α son estructuralmente equivalentes al núcleo de un átomo de Helio y constan de dos protones y dos neutrones. Básicamente el argumento es que una partícula alfa no necesita tener suficiente energía para superar la barrera potencial del núcleo, simplemente tunelea a través de él. En este artículo se hace una revisión a los conceptos y se desentrañan los cálculos que utilizó Gamow para poder explicar su teoría de decaimiento. Palabras Clave: Decaimiento alfa, radiactividad, tunelamiento cuántico, mecánica cuántica. Abstract Radioactivity is the process of spontaneous decay and transformation of volatile atomic nuclei, followed by the emission of radiation. George Gamow was able to use quantum mechanics to explain the radioactive phenomenon of alpha decay through a process called tunneling. The α-particles are structurally equivalent to the nucleus of a helium atom and consist of two protons and two neutrons. Basically the argument is that an alpha particle does not need enough energy to overcome the potential barrier of the nucleus, it tunnels through it. This article reviews the concepts and unravels the calculations that Gamow used to explain his theory of decay. Keywords: Alpha decay, radioactivity, quantum tunneling, quantum mechanics. Referencias [1] Leon van Dommelen. Quantum Mechanics for Engineers, Version 5.55 alpha. 2012. [2] G. Gamow. Quantum Theory of the Atomic Nucleus. 1928. [3] David J. Griffiths. Introduction to Quantum Mechanics (2nd Edition). 2nd. Pearson Prentice Hall. isbn: 0131118927. [4] Michael F L’Annunziata. Radioactivity: introduction and history, from the quantum to quarks; 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2016. url: https : / / cds . cern . ch / record / 2210635. [5] W.E. Lee M.I. Ojovan. An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation; 2nd ed. Elsevier, 2014. [6] A C Melissinos and Jim Napolitano. Experiments in modern physics; 2nd ed. New York, NY: Academic Press, 2003. url: https://cds.cern.ch/ record/897801. [7] Eugen Merzbacher. “The Early History of Quantum Tunneling”. In: Physics Today 55.8 (Aug. 2002), pp. 44–49. doi: 10.1063/1.1510281. url: https://doi.org/10. 1063/1.1510281. [8] Curt A. Moyer Raymond A. Serway Clement J. Moses. Modern Physics, Third Edition. David Harris, 2005. [9] Thaddeus J. Trenn. “Rutherford on the AlphaBetaGamma Classification of Radioactive Rays”. In: Isis 67.1 (1976), pp. 61–75. issn: 00211753, 15456994. url: http: //www.jstor.org/ stable/231134.
La radiactividad es el proceso de desintegración y transformación espontánea de núcleos atómicos volátiles, seguido de la emisión de radiación. George Gamow fue capaz de utilizar la mecánica cuántica para explicar el fenómeno radiactivo del decaimiento alfa a través de un proceso llamado tunelización. Las partículas α son estructuralmente equivalentes al núcleo de un átomo de Helio y constan de dos protones y dos neutrones. Básicamente el argumento es que una partícula alfa no necesita tener suficiente energía para superar la barrera potencial del núcleo, simplemente tunelea a través de él. En este artículo se hace una revisión a los conceptos y se desentrañan los cálculos que utilizó Gamow para poder explicar su teoría de decaimiento. Palabras Clave: Decaimiento alfa, radiactividad, tunelamiento cuántico, mecánica cuántica. Abstract Radioactivity is the process of spontaneous decay and transformation of volatile atomic nuclei, followed by the emission of radiation. George Gamow was able to use quantum mechanics to explain the radioactive phenomenon of alpha decay through a process called tunneling. The α-particles are structurally equivalent to the nucleus of a helium atom and consist of two protons and two neutrons. Basically the argument is that an alpha particle does not need enough energy to overcome the potential barrier of the nucleus, it tunnels through it. This article reviews the concepts and unravels the calculations that Gamow used to explain his theory of decay. Keywords: Alpha decay, radioactivity, quantum tunneling, quantum mechanics. Referencias [1] Leon van Dommelen. Quantum Mechanics for Engineers, Version 5.55 alpha. 2012. [2] G. Gamow. Quantum Theory of the Atomic Nucleus. 1928. [3] David J. Griffiths. Introduction to Quantum Mechanics (2nd Edition). 2nd. Pearson Prentice Hall. isbn: 0131118927. [4] Michael F L’Annunziata. Radioactivity: introduction and history, from the quantum to quarks; 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2016. url: https : / / cds . cern . ch / record / 2210635. [5] W.E. Lee M.I. Ojovan. An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation; 2nd ed. Elsevier, 2014. [6] A C Melissinos and Jim Napolitano. Experiments in modern physics; 2nd ed. New York, NY: Academic Press, 2003. url: https://cds.cern.ch/ record/897801. [7] Eugen Merzbacher. “The Early History of Quantum Tunneling”. In: Physics Today 55.8 (Aug. 2002), pp. 44–49. doi: 10.1063/1.1510281. url: https://doi.org/10. 1063/1.1510281. [8] Curt A. Moyer Raymond A. Serway Clement J. Moses. Modern Physics, Third Edition. David Harris, 2005. [9] Thaddeus J. Trenn. “Rutherford on the AlphaBetaGamma Classification of Radioactive Rays”. In: Isis 67.1 (1976), pp. 61–75. issn: 00211753, 15456994. url: http: //www.jstor.org/ stable/231134.
El modelo de Bohr fue uno de los logros mas exitosos que propuso una estructura atomica coherente con hechos experimentales para el atomo de Hidrogeno; pero no pudo cubrir todas las expectativas acerca del movimiento de los electrones y es mas, segun este modelo los electrones se encuentran en posiciones fijas y constantes del nucleo atomico y se mueven con velocidades practicamente determinables conjuntamente con la posicion, lo que resulta, finalmente en una descripcion incorrecta del atomo al no considerar un principio fundamental: La Incertidumbre de Heisenberg. Los aportes fundamentales, principalmente propuestos por Bohr, Sommerfeld, Planck, Einstein, Compton y de Broglie fueron los cimientos para asentar el escenario a Schrodinger para proponer la ecuacion base que dio inicio a la Mecanica Ondulatoria o Mecanica Cuantica. Palabras clave: Incertidumbre, Schrodinger, Teoria atomica, Mecanica Ondulatoria.
CUÁNTICA• La visión clásica que tenemos hoy en día de la estructura del áto mo como un diminuto sistema pla netario en el que los electrones orbitan alrededor del núcleo masivo, debemos agradecérsela a Ernest Rutherford y a su modelo de átomo propuesto en 1911.Dos años más tarde.Niels Bolir postuló que el mo mento angular de los electrones de bía estar cuantizado y que éstos sólo podían moverse en ciertas órbitas circulares cuyo radio varía de for ma discreta.Con la llegada de la mecánica cuántica en los años 20, este modelo clásico de electrón fue reemplazado por el concepto mate mático de función de onda: de esta forma, las órbitas electrónicas pasa ron de ser trayectorias lineales a bo rrosas nubes de densidad de proba bilidad.denominadas orbitales.Desde el nacimiento de la mecánica cuántica hasta nuestros días, los modelos atómicos de Rutherford y Bohr han quedado relegados a me ros ejemplos académicos o prime ras aproximaciones, aún a pesar de que las propiedades atómicas y mo leculares más importantes -como el espectro de emisión de los gases, por ejemplo-puedan ser explica das a partir del modelo de Bohr.Desde entonces, la pregunta sobre dónde acaba el mundo clásico y co mienza el mundo cuántico ha acom pañado la investigación y el desa rrollo de la física cuántica.En un trabajo publicado recientemente en la revista Science 307, 1757 (2005) se demuestra que es posible conse guir átomos de Rutherford en el la boratorio, es decir, átomos que se comportan de forma clásica.Para conseguir un átomo de Rutherford es necesario confinar su nube elec trónica en un volumen reducido, ob teniendo de esta manera un electrón "localizado".En mecánica cuánti
La idea principal de esta tesis es describir en forma compacta los principios físicos involucrados en el cálculo de propiedades termodinámicas, por ejemplo la energía libre, en sistemas cuánticos a través del formalismo de las integrales de camino de Feynman aplicado a la Dinámica Molecular Ab Initio. Un método ampliamente usado en el estudio de propiedades electrónicas de sistemas condensados. Para este fin esta tesis consiste de cuatro capítulos: \n \nEl primero trata los fundamentos de la dinámica molecular ab initio. La cual yace sobre la aproximación adiabática de Born-Oppenheimer. Se presenta la Teoría del Funcional de la Densidad como uno de los métodos optimizados para el cálculo de las fuerzas (de carácter electrónico) sobre los núcleos atómicos en el estado fundamental (T = 0). \n \nEl segundo discute el formalismo de integrales de camino de Feynman. El cual abre la posibilidad de incluir efectos cuánticos a temperatura finita (T > 0). Se describe el isomorfismo clásico de la función de partición cuántica a través de las integrales de camino. Por último, discutimos la implementacion numérica de este formalismo y sus limitaciones. \n \nEl tercero trata una de las limitaciones de la dinámica molecular ab initio: los llamados eventos raros. Se muestra como un tratamiento clásico del problema con ayuda de las integrales de camino consigue mejorar el muestreo de eventos y asi facilita el cálculo de la energía libre entre estados (meta)estables. \n \nEn el cuarto se aplica el formalismo descrito en el capítulo anterior para la reconstrucción cuántica de la energía libre en el caso de la tranferencia de un protón en una molécula de malonaldehido. \n \nPor último, presentamos las conclusiones de esta tesis.
Borrador (v0.9.5) de un modelo atómico construido desde un único elemento, el Dinamismo, compatible con la Teoría Ontológica de la Realidad (TOR) de Bepe Popu, y contrastado fenómeno por fenómeno con la física establecida. No sustituye ningún resultado medido: busca la causa funcional de lo que la física describe con éxito y declara con la misma claridad dónde esa causa queda sin derivar. Cada resultado lleva un veredicto explícito —reproduce, reinterpreta, deriva o frontera— y el libro reúne sus pruebas de falsación (§ 25.4) y sus candidatos a predicción (§ 25.5). El volumen tiene dos libros. El Libro I es el modelo atómico en sentido estricto: el átomo como primer sistema funcional, la compensación de pares con magnitud reducida, el modelo de Bohr reinterpretado, la serie de dos orbitantes (coeficiente de forma cerrada c = 1 − 4/π²; coincidencia con lo medido por debajo del 0,4 %, con su desviación sistemática expuesta), el orbitante exterior de los alcalinos y el cruce 4s/3d, el átomo complejo con núcleo compuesto, la radiación, la corriente y el magnetismo, y las cuatro interacciones fundamentales ordenadas por su etapa de aparición. El Libro II reúne la lectura ontológica que todavía no acaba en número propio: la cosmología del ciclo, la masa colosal, la rugosidad, la coherencia y el laboratorio macroscópico del sistema solar. Dos candidatas se presentan en examen, con sus condiciones, sus postulados declarados y sus tensiones abiertas: la carga como hueco que deja en el marco la formación de una partícula; la interacción fuerte como sincronización de las capas activas de los nucleones. El libro registra con fecha (15 de octubre de 2026), antes de contrastarlo con los datos, un número que la candidata se juega: el núcleo de alejamiento hiperón-nucleón, Λ–N 0,387 fm y Λ–Λ 0,354 fm. Este modelo no es para creer, sino para investigar: se publica para análisis, colaboración y crítica, incluida la refutación. English summary. Draft (v0.9.5) of an atomic model derived from a single fundamental element (Dynamism), compatible with the Ontological Theory of Reality (TOR), and tested result by result against established physics with explicit verdicts, falsification tests and a dated, pre-registered prediction (Λ–N hard core 0.387 fm). Written in Spanish.
The present work sought to deduce the alpha decay theory based on quantum tunneling and using approximations in the resolution of the Schrödinger equation for Coulomb potential. It was possible to find the alpha decay constant analytically. One of the approaches used was the WKB method for solving differential equations, by which the Gamow factor was reached. From this point on, it was possible to identify the dependence of the decay rate with the energy of the radiation, as well as the atomic number. Besides that, we could understand the behavior of the tunneling probability with respect to some variables such as emitted particle energy and atomic number of the nucleus that decays. With this research we can help researchers in general in the study of alpha radiation.
En esta tesis doctoral se analizaron dos sistemas coherentes de gran relevancia en la Física moderna y que se encuentran íntimamente conectados por la denominada ecuaci ón no lineal de Schrödinger [1] : el condensado de Bose-Einstein [2] y la propagación de la luz en medios ópticos no lineales [3]. Esta tesis se encuadra, por tanto, en el estudio de una ecuación de gran importancia en el ámbito de la Física, llegando incluso a trascender dicha disciplina gracias a su carácter científico universal [4].\n\t\t\t\t Para concretar, esta tesis doctoral se enmarca en el estudio te órico de diferente fenomenología y propiedades de los dos campos previamente mencionados y de las ondas no lineales (particularmente de los llamados solitones [5]) que se manifiestan en ellos: \n\t\t\t\t En el contexto del condensado de Bose-Einstein abordamos principalmente diversos protocolos de emisión controlada de solitones de materia. Este control se lleva a cabo mediante la manipulación en el tiempo y en el espacio de la denominada longitud de scattering del condensado (parámetro que controla las interacciones entre las partículas que lo integran), el cual, desde el punto de vista experimental, implica el uso de campos magnéticos y ópticos conocidos como resonancias de Feshbach [6]. Diversas posibilidades como el diseño de un divisor de haz para un interferómetro atómico [7], o la capacidad de extracción de materia con materia y producción de supersolitones [8] son también reportadas.\n\t\t\t\t En el contexto de la Óptica no lineal analizamos algunas propiedades de la denominada "luz líquida" [9], fenómeno que se produce cuando haces de luz de alta intensidad (normalmente láser) se propagan a través de medios ópticos con una no linealidad cúbico-quíntica. En concreto, discutimos las características de la cavitación coherente [10] y los efectos de la fuerza de arrastre [11] en este sistema. Para concluir, estudiamos las soluciones solitónicas de una guía de ondas de triple núcleo con simetría paridad-tiempo [12].\n\t\t\t\t Referencias:\n\t\t\t\t [1] C. Sulem, and P.L. Sulem, "The Nonlinear Schr ödinger Equation: Self-Focusing and Wave Collapse", Ed. Springer, vol. 139 (1999).\n\t\t\t\t [2] A.J. Leggett, Reviews of modern physics 73, 307 (2001).\n\t\t\t\t [3] G.P. Agrawal, "Nonlinear Fiber Optics", Ed. Elsevier/Academic Press, New York (2013); M.L. Calvo and V. Lakshminarayanan, "Optical Waveguides: From Theory to Applied Technologies", Ed. CRC Press (2007).\n\t\t\t\t [4] E. Infeld, and G. Rowlands, "Nonlinear Waves, Solitons and Chaos", Ed. Cambridge University Press (2000).\n\t\t\t\t [5] L. Lam, "Introduction to Nonlinear Physics", Ed. Springer Science & Business Media (2003).\n\t\t\t\t [6] C. Chin, R. Grimm, P. Julienne, and E. Tiesinga, Reviews of Modern Physics 82, 1225 (2010).\n\t\t\t\t [7] H. Michinel, Á. Paredes, M.M. Valado and D. Feijoo, Physical Review A 86, 013620 (2012).\n\t\t\t\t [8] D. Feijoo, Á. Paredes, and H. Michinel, Physical Review A 87, 063619 (2013).\n\t\t\t\t [9] H. Michinel, J. Campo-Táboas, R. García-Fernández, J.R. Salgueiro, and M.L. Quiroga-Teixeiro, Physical Review E 65, 066604 (2002); Z. Wu, Y. Zhang, C. Yuan, F. Wen, H. Zheng, Y. Zhang, and M. Xiao, Physical Review A 88, 063828 (2013). \n\t\t\t\t [10] Á. Paredes, D. Feijoo, and H. Michinel, Physical Review Letters 112, 173901 (2014).\n\t\t\t\t [11] D. Feijoo, I. Ordóñez, Á. Paredes, and H. Michinel, Physical Review E 90, 033204 (2014).\n\t\t\t\t [12] D. Feijoo, D.A. Zezyulin, and V.V. Konotop, Physical Review E 92, 062909 (2015).