DEFINICIÓN
Cuando un haz de fotones incide en una superficie metálica, pueden acontecer dos situaciones:
Que los fotones sean reflejados por leyes de óptica
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Que desaparezcan cediendo toda su energía a los electrones que son emitidos por el metal.
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Al segundo fenómeno es a lo que se le conoce como efecto fotoeléctrico.
RECUENTO HISTORICO
En 1887, Heinrich Hertz descubre el efecto fotoeléctrico verificando la teoría de la luz como onda electromagnética, un fenómeno relacionado con la teoría ondulatoria y corpuscular de la luz. Haciendo incidir luz ultravioleta a dos electrodos conectados a una fuente de alta tensión, descubrió que el arco formado entre ambos resultaba mayor a uno realizado sin incidencia de ningún tipo de onda
Un año después, Hallwachs hizo incidir un rayo de luz UV sobre una superficie negativa, la cual perdió su carga, mientras que sobre una superficie positiva no se registraron cambios. Poco a poco, este fenómeno capturo la atención de la ciencia, que pretendía dar una explicación razonable a tal acontecimiento.
Diez años más tarde, P. Lenard y J. J. Thompson demostraron, de manera independiente que la causa de emisión de partículas negativas libres de la superficie del metal era resultado de la acción de la luz incidente. Identificada la causa del fenómeno, tan solo hacía falta conceptualizar el hecho y describirlo haciendo uso de la abstracción matemática.
Volviendo con Einstein, en 1905 publica tres artículos, totalmente innovadores y revolucionarios. El primero de ellos, titulado: “A Heuristic point of view about the generation and transformation of ligth”, haciendo uso de los nuevos conceptos de mecánica cuántica, plantea la teoría de los cuantos de luz y explica el efecto fotoeléctrico, haciéndole acreedor del Nobel en 1922 y marcando el comienzo de la teoría cuántica.
PROPUESTA DE EINSTEIN
La teoría clásica de Maxwell era correcta al describir la propagación de la luz en el espacio para periodos largos de tiempo, pero inconsistente al tratar de explicar la interacción momentánea de luz y materia, vinculada con la transformación de energía lumínica en cinética del electrón, en el caso del efecto fotoeléctrico, evadiendo el planteamiento de nuevos modelos que explicaran este fenómeno de conversión, haciendo énfasis en el aspecto energético de la luz.
Einstein introdujo únicamente las leyes necesarias para explicar el efecto fotoeléctrico. Sostuvo que la energía de la luz no se distribuye de forma uniforme sobre el frente de onda clásico, sino que se concentra en regiones discretas denominados cuantos, cada uno con una energía específica hf y debido a dicha concentración del cuanto, la energía de este se transfería totalmente a un electrón en el metal donde incide el haz de luz.
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Sorprende que la energía cinética máxima de los fotoelectrones (electrón emitido del metal) liberados no depende de la intensidad de la luz incidente, lo cual le permitió a Einstein hacer uso del concepto de la cuantización de la energía, propuesto por Planck, para explicar el efecto fotoeléctrico, afirmando que la energía lumínica se hallaba cuantizada en paquetes denominados fotones. La energía E = hf = hC/?. Por consiguiente, la intensidad de un haz de luz depende de la cantidad de fotones presentes, mientras que la energía de cada uno de esos fotones tiene relación con la frecuencia.
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El éxito de Einstein en su teoría estuvo ligado a dos aspectos: La descripción exacta de fenómenos observados previamente y la predicción de nuevos resultados relacionados con el efecto, como lo descubierto en 1914 por Millikan, quien produjo la primera prueba experimental de la ecuación propuesta por Einstein, y al mismo tiempo determinó el valor de la constante de Planck (h=6.625×10-34 J.s), lo que le hizo merecedor del Nobel de 1927.
IMPORTANCIA DEL APORTE
La propuesta de Einstein evidencia lo innovador; las implicaciones de su teoría trascendieron en el tiempo y su “atrevimiento” le hizo merecedor del máximo galardón en honor a su dedicación en pro de la ciencia, en este caso, la física; fue tal la precisión que nueve años después de publicado su artículo sobre el efecto fotoeléctrico, Millikan reprodujo lo planteado por Einstein, comprobándolo y haciéndolo útil en la definición de una constante con un margen de error de tan solo 0,5%.
Si bien es memorable el Nobel, la descripción del fenómeno que capto la atención de tantos científicos, en términos cuánticos, lo hace aún más destacable. Dar inicio a la física cuántica con su entendimiento de un fenómeno, yendo en contracorriente y justificando cuantitativa y científicamente sus propuestas, permiten ver a un Einstein revolucionario, capaz de romper paradigmas, para después edificar uno nuevo.
¿Y si surge un nuevo Einstein que cuestione las definición cuántica del efecto fotoeléctrico? ¿Existirá una explicación innovadora y razonable capaz de despojar de la gloria al Nobel? ¿Hacia donde se dirige la búsqueda de la física? Si bien esto es incierto, lo único claro es que el conocimiento evoluciona, se hace más robusto, más aterrizado a las leyes inherentes a la naturaleza.