Modelo atómico de ondas mecánicas

Resumen

La física establece que entre núcleo y envoltura de un átomo existe una fuerza electromagnética que los mantiene entrelazados formando la estructura atómica. Esta fuerza está dada por un intercambio de fotones virtuales que aparecen y desaparecen atravesando un espacio formado por otras partículas virtuales del llamado "vacío cuántico". Esta explicación abre la posibilidad de que se desestabilice esta fuerza y por lo tanto se rompa la estructura atómica contradiciendo la realidad.

La presente investigación resuelve esta contradicción; plantea un nuevo modelo donde la interacción entre electrones y núcleo se realiza como ondas mecánicas. El núcleo es la fuente de vibración que actúa sobre un medio de fotones estables ("mediones"). Esta vibración genera un campo de ondas donde se hallan nadando los electrones. Este modelo garantiza la estabilidad en la estructura del átomo.

Palabras clave: átomos, física, investigación atómica, ciencia, estructura atómica, núcleo, electrones, fotones

Abstract

Physics states that between the core and shell of an atom there is an electromagnetic force that holds atomic structure forming intertwined. This force is given by an exchange of virtual photons that appear and disappear through a space formed by other particles called virtual "quantum vacuum". This explanation raises the possibility that destabilization of this force and thus break the atomic structure contradicting reality.

This research solves this contradiction presents a new model where the interaction between electrons and nuclei is performed as mechanical waves. The nucleus is the source of vibration acting on a stable means of photons ("medión"). This vibration creates a wave field where the electrons are swimming. This model guarantees stability in the structure of atoms.

keywords: atoms, physics, atomic research, science, atomic structure, core, electrons, photons

Introducción:

La presente investigación parte de la siguiente inquietud: ¿De qué naturaleza es y como se transmite la fuerza de interacción electromagnética que mantiene unidos al núcleo con los electrones de la envoltura formando la estructura atómica?

Una estructura es un sistema organizado formado por diferentes partes unidas entre si a través de "algo". El átomo es un microsistema formado por dos partes principales: el núcleo y la envoltura unidos a través de un "algo" que es la fuerza de interacción electromagnética.

Gráfico Nº 1

Estructura del átomo de hidrógeno. El núcleo y electrón enlazados por la fuerza electromagnética

El fenómeno de la interacción electromagnética es ampliamente explicado por la Física Cuántica a pesar de ser un tema relativamente nuevo; como se ve en la siguiente cita de Paul Davies:

-"Uno de los problemas fundamentales de la microfísica es explicar como dos partículas se afectan mutuamente por medio de una fuerza eléctrica. Antes de la Teoría Cuántica, los físicos imaginaban que cada partícula cargada estaba envuelta en un campo electromagnético que actuaba sobre las demás partículas cercanas dando lugar a una fuerza. Cuando la Teoría Cuántica demostró que las ondas electromagnéticas están confinadas a los cuantos, se intentó describir todos los efectos del campo electromagnético en función de los fotones. No obstante, cuando dos electrones se repelen mutuamente, no hay necesidad de que participe ningún fotón visible, y la explicación hubo de esperar hasta que se desarrollo la noción de partícula o cuanto virtual en la década de 1930. La fuerza eléctrica de atracción y de repulsión se entiende ahora de la siguiente manera.

Cada electrón está rodeado de una nube de fotones virtuales, cada uno de los cuales sólo vive transitoriamente de la energía que toma prestada antes de ser reabsorbido por el electrón. Cuando se acerca otra partícula cargada, surge sin embargo una nueva posibilidad. Una de las partículas podrían crear un fotón virtual que podría ser absorbido por la otra. El análisis matemático revela que este intercambio de fotones virtuales produce de hecho una fuerza entre las partículas, que posee exactamente las mismas características que cabe esperar de un campo magnético-"

Según la física cuántica el intercambio de fotones virtuales creados por las cargas (protones y electrones) gracias al préstamo de energía de Heisenberg es el causante de la fuerza de interacción; pero como se verá a continuación esta explicación cae dentro de la "incertidumbre cuántica", es decir no se sabe exactamente como es; P. Davies escribe lo siguiente al respecto:

"…nunca es posible observar el brusco cambio de trayectoria de los electrones. Si observamos solamente sus posiciones de salida y de llegada no sabremos el momento exacto en que se intercambia el fotón, ni sabemos tampoco que partícula lo ha emitido y cual lo ha absorbido. Todos estos detalles se pierden en las nieblas de la incertidumbre cuántica." 2

Los fotones virtuales que ha establecido la física cuántica como los que mantienen la fuerza electromagnética son diferentes a los fotones reales que se ven, que producen la sensación de luz en la retina. De allí que en realidad no se puede determinar en forma precisa cómo se produce la interacción electromagnética.

Gráfico Nº 2

Según la ciencia moderna, la interacción entre núcleo y envoltura se produce por el intercambio de fotones

La física cuántica da una explicación de la naturaleza de la fuerza de interacción electromagnética, pero es otro campo de la física; la física de partículas que ahonda la inquietud inicial ¿cómo se transmite esa fuerza?.

Se sabe que el protón que hace de núcleo de hidrógeno ordinario y el electrón que le rodea son partículas independientes, individuales enlazadas por una fuerza pero separadas materialmente por un espacio vacío. Este espacio que separa al protón del electrón que supuestamente se dice ser vacío es el que ha sido cuestionado actualmente por la física de partículas generando conceptos verdaderamente revolucionarios como los sintetiza P. Davies.

"Lo que nosotros solemos considerar como espacio vacío es, en realidad un mar de incesante actividad, lleno de todas las clases de materia no permanente; electrones, protones, neutrones, fotones, mesones, neutrinos y otras muchas más especies de materia, cada una de las cuales sólo existe durante ínfimas fracciones de tiempo. Para distinguir estos intrusos de las formas más permanentes de materia que todos conocemos, los físicos utilizan la palabra VIRTUAL para los primeros y REAL para los últimos."3

De aquí que la visión actual sobre el mundo de las partículas subatómicas no es imaginarlas aisladas dentro de un gran espacio vacío como se enseña todavía en el nivel académico. Conceptos que han sido desechados por la física de partículas en base de experimentos como a continuación lo explica P. Davies.

"..el espacio en torno al electrón no se halla realmente vacío, sino que está lleno de partículas virtuales de todas las variedades. Entre ellas habrá electrones y positrones virtuales. Aunque no vemos esas partículas directamente, sabemos que están ahí y que pueden dejar huellas físicas. El electrón que hemos situado en el vacío sabrá también que están allí, ya que reaccionan ante su presencia. El campo eléctrico del electrón altera la pauta de actividad de estos electrones y positrones virtuales durante su breve existencia. Los positrones tenderán a ser arrastrados hacia el electrón real en virtud de la atracción eléctrica, mientras que los electrones virtuales serán repelidos. En consecuencia, se producirá un nuevo cambio de carga, un fenómeno conocido como polarización. El hecho de que el espacio vacío pueda polarizarse eléctricamente en presencia de un campo eléctrico es una curiosa consecuencia de la Teoría de los Cuantos. Es difícil imaginar un vacío con propiedades eléctricas, pero el efecto es real y ha sido medido experimentalmente…"4

Gráfico Nº 3

Según la física de partículas, el mal llamado "espacio vacío" dentro del átomo esta lleno de un mar de partículas virtuales que aparecen y desaparecen.

Con estos conocimientos que aporta la física de partículas la inquietud se sintetiza en la siguiente pregunta:

¿Cómo se establece el intercambio de fotones virtuales entre núcleo y envoltura de un átomo a través de un espacio lleno de un "mar" de otras partículas virtuales?.

Lo siguiente que escribe I. Novikov responde de alguna manera a esta pregunta.

"…El vacío "en ebullición" es el estado energético más bajo posible de todos los campos.

¿Se revela de algún modo semejante "ebullición" del vacío? Si se revela. Por ejemplo, la partícula "vehículo" puede entrar en interacción con las partículas virtuales del vacío en "ebullición" y esto influye en la interacción." 5

Según I. Novikov la partícula virtual "vehículo" que lleva y trae la fuerza de interacción de un electrón a un protón entra en contacto con las partículas virtuales del espacio ("Vacío en ebullición") influyendo en la fuerza de interacción, es decir altera la fuerza que mantiene la estructura del átomo. Y es aquí donde surge una verdadera contradicción que se convierte en el problema de la investigación.

Gráfico Nº 4

Los fotones que intervienen en la interacción entre núcleo y electrones deberían chocar con los fotones virtuales que estarían ocupando el espacio interior del átomo.

La contradicción que se convierte en el problema se presenta de la siguiente manera:

La Física Cuántica establece la interacción entre Núcleo y Envoltura como intercambio de Fotones Virtuales a través de un espacio "supuestamente vacío". La Física de partículas explica que este espacio nunca puede ser vacío, sino constituye un verdadero "mar" de otras partículas similares al fotón virtual que lleva la fuerza; y que por lo tanto interactúan entre sí, generando una alteración de la fuerza. Una desestabilización de la fuerza de interacción significaría una desestabilización del átomo; lo que contradice a la realidad física donde el átomo generalmente es estable, a excepción de los radioactivos.

La materia del medio esta formada por átomos estables lo que presupone que la fuerza que mantiene su estructura también es estable negando con esto una posible inestabilidad de la fuerza de interacción electromagnética que podría darse según la explicación que da la física actual de la naturaleza de dicha fuerza.

Esto es un verdadero problema: ¿o la realidad que se observa no es así o la física cuántica esta errada en su concepción sobre la fuerza de interacción electromagnética?..lo siguiente que escribe S. Meliujin define la respuesta a la pregunta.

"…la teoría actual ha tropezado con grandes dificultades en la interpretación de las acciones recíprocas de las partículas con los estados de vacíos de los campos.

La suma de la energía de oscilaciones cero del campo electromagnético en todas sus frecuencias produce integrales divergentes que dan valores infinitos a la energía y a la masa del electrón. De la misma manera, el cómputo de la interacción del electrón y las fluctuaciones del vacío de electrón-positrón proporciona valores infinitos en cuanto a la carga eléctrica. Esos infinitos valores no tienen sentido físico y ofrecen grandes dificultades para la teoría. Hoy día se eliminan de un modo bastante artificioso que en general, se reduce a lo siguiente: se toman los valores de la masa y la carga deducidos de la experiencia y se deprecian los "suplementos divergentes del campo" a la masa y a la carga. Esa operación se conoce con el nombre de "renormalización de la masa y carga". Todos admiten que semejante solución es artificiosa, pero hasta ahora no se ha encontrado otra. La teoría futura tendrá que elaborar un cuadro de interacciones de partículas con el vacío en el cual los suplementos del campo a las propiedades de las partículas tengan valor finito en consonancia con los datos del experimento."6

Se reconoce que la física teórica actual ha entrado en dificultades y que para salir de ellas ha recurrido a mecanismos matemáticos artificiosos como la "renormalización"; y se aspira que una teoría futura elabore un cuadro de interacciones de partículas con el vacío. Esto significa que la concepción de la física cuántica al respecto adolece de fallas o es incompleta. Ante esta realidad y ante la necesidad de dar posibles soluciones al problema mencionado y en base a un análisis inductivo-deductivo se ha planteado una hipótesis que resuelve esta contradicción.

La concepción del fotón como paquete de energía pura por una parte y de las antipartículas con energía bajo cero (energía negativa) por otra parte es cuestionable. Se conoce que en la realidad "no hay materia sin movimiento, ni movimiento sin materia". La concepción de fotón como paquete de energía "pura" equivale a separar el movimiento de la materia; y la concepción de antipartículas con energía menos que cero equivale ha hablar de partículas sin movimiento, lo que contradice la realidad de la naturaleza.

Completando este análisis con el principio de la inagotabilidad de la materia se llega a la deducción de que en el universo como dice Paul Dirac no puede haber un solo espacio con vacío absoluto todo esta lleno de partículas pero no como lo concibe este físico antipartículas sin energía; sino de partículas de masa y energía infinitamente pequeñas que en conjunto forman un verdadero medio "el medio cuántico", "el nuevo éter" que según esta investigación se le ha dado el nombre de "medión dinámico" y que es la base para establecer un nuevo modelo del átomo.

Gráfico Nº 5

Mediones Dinámicos: nombre dado en esta investigación a las partículas de existencia permanente que ocupan todos los espacios infinitamente pequeños dentro y fuera del átomo

Metodología

Hipótesis:

Entre núcleo y electrones existe un "mar" de partículas de masa y energía infinitamente pequeñas que poseen propiedades elásticas, como un medio que se tensa y expande ("mediones"). Es éste "medio" el que transmite como ondas mecánicas la fuerza de interacción que mantiene enlazados al núcleo con los electrones en un átomo. Ondas mecánicas que serían creadas por la vibración de los spines tanto del núcleo como de los electrones.

Hipótesis de trabajo:

Los espectros (ópticos, resonancia magnética nuclear, microondas, espectrógrafo de masas, espectro infrarrojo), emitidos por un átomo, están determinados por la cantidad de masa del Núcleo y por las frecuencias del campo ondulatorio generado por el SPIN DE LA MASA NUCLEAR, SOBRE EL MEDIO CUANTICO.

Materiales y Métodos

Comparación de los espectros emitidos por los isótopos del hidrógeno: Protio masa 1 y deuterio masa 2. Estos isótopos tienen el mismo número de electrones en su envoltura (1) y diferente masa en su núcleo 1 y 2 respectivamente.

Gráfico Nº 6

Variable independiente: masa nuclear.

Variable dependiente: espectro óptico emitido.

Indicadores: cantidad de masa nuclear, tipo de espectros emitidos, colores de las Frecuencias del espectro emitido.

Grafico Nº 7

Equipo de espectroscopía: Fuente de tensión, tubo donde se aloja el hidrógeno protio y luego el deuterio, haz luminoso del hidrógeno protio y luego del deuterio, prisma, espectro del Hidrógeno protio y deuterio, pantalla, voltaje.

Técnica:

• Una capa de hidrógeno protio y deuterio en un tubo totalmente cerrado con electrodos en sus extremos sometemos a calentamiento con una fuente de tensión.

• El voltaje aplicado es el suficiente para producir la incandescencia suficiente para que emita luz.

• A la luz emitida por el hidrógeno protio y deuterio le hacemos atravesar por un prisma de vidrio afín de producir el espectro respectivo.

• El espectro emitido se lo recoge en una pantalla.

Resultados:

Gráfico Nº 8

Espectro del hidrógeno de masa 1: Protio

El espectro del hidrógeno ordinario de masa 1 tiene la tendencia hacia el infrarrojo.

Gráfico Nº 9

Espectro del hidrógeno de masa 2: Deuterio

El espectro del hidrógeno de masa 2 se lo obtiene de las lámparas de deuterio que emiten luz ultravioleta. Las lámparas de deuterio suministran un espectro luminoso casi continuo de la gama de longitud de onda UV (185-400nm) hasta la zona espectral visible (400- 800nm). Esto las hace la fuente de luz ideal para mediciones de absorción de alta precisión, como espectrofotómetro UV-Vis y cromatografía líquida bajo presión alta (HPLC).

Discusión de resultados:

Según la física cuántica el espectro de absorción se produce cuando se estimula a un átomo con algún tipo de energía sus electrones absorben cuantos de esa energía y saltan a ubicaciones externas. El espectro de emisión se produce cuando dichos electrones vuelven a su ubicación anterior emitiendo los fotones que absorbieron. Por lo tanto el espectro óptico depende de que los electrones de la envoltura "absorban" y "emitan" cuantos moviéndose del interior al exterior de la envoltura y viceversa.

Según la hipótesis el cuanto no es un paquete de energía que se "absorbe" o se "emite". Los cuantos o fotones virtuales serán partículas de existencia permanente que están formando un medio estable que rodea al electrón y núcleo y transmite como ondas mecánicas en determinadas condiciones la energía determinada en la formula:

E = h .v

Los espectros representan las diferentes frecuencias que en determinadas condiciones tiene el núcleo por poseer masa mayor. El espectro es un reflejo de la vibración del spín nuclear situación que se lo confirma en la Resonancia Magnética Nuclear (RMN).

En el resultado experimental los espectros emitidos por similares capas electrónicas son diferentes en concordancia con su diferente masa nuclear.

Si el espectro estuviera determinado sólo por los electrones; teniendo los isótopos igual cantidad de electrones debería esperarse el mismo espectro pero esto no sucede. El espectro cambia en concordancia con la masa nuclear y según la hipótesis es la masa nuclear con su spín la que determina en gran medida las energías electrónicas emitidas en el espectro.

Según la presente investigación se deduce un aspecto determinista en la estructura atómica (aspiración que alguna vez plantearon Einstein y Schrodinger) por cuanto si la vibración del spín de la masa nuclear determina la ubicación y energías de los electrones se puede predecir que al variar la frecuencia de esa vibración se tendrá variación en la ubicación y energías de los electrones.

Al vibrar el spín nuclear debido a su mayor masa genera en el medio cuántico un gran campo ondulatorio esférico a su alrededor que se hace presente como RMN, espectro óptico, etc. Es a través de este campo esférico que obliga a los electrones a vibrar a su alrededor manteniéndose aislados del núcleo por el campo generado por su propio spín. Cuando un átomo recibe algún tipo de estímulo la frecuencia de vibración nuclear se altera (absorción) para volver a la normalidad luego de pasado el efecto.

Gráfico Nº 10

Modelo atómico de ondas mecánicas: El spin nuclear está en vibración sobre el medio cuántico provocando ondas mecánicas que enlazan y hacen girar a los electrones.

Gráfico Nº 11

La vibración mecánica del núcleo se transmite a través de los mediones

Conclusiones:

-El espectro óptico de un átomo no está determinado totalmente por los saltos de los electrones de uno a otro probable nivel en la envoltura atómica; y el núcleo con su masa tiene mucho que ver con los espectros emitidos por un átomo.

-Se llega a comprobar de alguna manera que los electrones giran alrededor del núcleo debido a las ondas mecánicas generadas por el espín nuclear sobre el "medio cuántico".

-Con el modelo atómico propuesto se evitarían los posibles choques y aniquilamientos que sufrirían los fotones virtuales ("mensajeros") con las partículas virtuales del vacío cuántico que deberían causar alteración de la fuerza electromagnética y desestabilización del átomo.

-El vacío cuántico, el "mar" de partículas virtuales que separa a un protón de un electrón en el hidrógeno ordinario constituye un "medio cuántico", el "nuevo éter" formado por partículas de existencia permanente medio que se tensa y expande ante estímulos mecánicos; al cual se le ha dado el nombre de "medión dinámico".

-Se establece que la fuerza de interacción electromagnética que enlaza al protón con el electrón en el hidrógeno ordinario y que mantiene por lo tanto la estructura atómica lo constituye el campo de ondas mecánicas creadas por la vibración del spín nuclear.

-La intensidad de la fuerza de interacción según este nuevo modelo del átomo obedece al siguiente tipo de formulación:

donde la intensidad de la fuerza (F), no esta sólo en relación directa con las masas (m) de las cargas e inversa de la distancia (d), sino en relación directa también de la frecuencia

(f) de vibración del spín lo que definitivamente cambia el concepto coulombiano actual de fuerzas; en el sentido de que un cuerpo con poca masa puede generar mas fuerza que un cuerpo de gran masa si su frecuencia de vibración es superior, como ejemplo tenemos lo que sucede en la fuerza interquarks.

-Esta concepción de fotón y cuantificación de la fuerza de interacción es según esta investigación la pauta para la Unificación de las Fuerzas en la Física, conocida como "Teoría de Campo Unificado".

Recomendaciones:

Con el enfoque experimental que hemos realizado de alguna manera se contribuye a afirmar los planteamientos fundamentales de la investigación sin embargo su nivel no es suficiente y se hace necesario enfoques más contundentes, más sofisticados que afirmen definitivamente o nieguen la hipótesis del presente trabajo.

La culminación definitiva tanto teórica como experimental de esta investigación; y por lo tanto la evaluación final debe requerir el aporte científico de los países más desarrollados en este aspecto.

Las instituciones que apoyan la investigación deberían contribuir de alguna manera para que este trabajo llegue a su culminación y se convierta en verdadero aporte para el conocimiento científico de la humanidad.

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NOTAS:

1 Paul Davies en la Pg. 80, Otros Mundos

2 P. Davies Pg.97. Superfuerza.

3 Pg.78 P. Davies Otros Mundos.

4 P. Davies en la Pg.135, Superfuerza

5 I. Novikov en la Pg.122, ¿Cómo explotó el Universo?.

6 S. Meliujin en la Pg. 100, El Problema de lo Infinito

Autor:

Lic. Marcelo Gudiño

Investigador Adjunto:

Magister María Elena Silva