Elektroien bitxikeriak

Aurreko batean, elektroien izkutuko sekretuetako bat ikusi genuen. Alegia, elektroia (eta materia osatzen duten beste partikulak), fotoiak (erradiazio elektromagnetikoa) bezala, aldi berean uhinak eta partikulak direla. Beste batean, elektroiek ere tunel efektua ematen dutela ikusi genuen. Hau da, kasu batzuetan posible dute "pareta" bat zeharkatzea. Hauetaz aparte, elektroiek ere beste sorpresatxo batzuk gordeta dituzte. Gaurkoan, elektroiek atomo eta molekuletan duten bitxikeri bat ikusiko dugu. Gure tamainako munduan ikusten ez dena.

Imajina dezagun ondorengo egoera. Lurran marra bat dugu, eta zutik, marraren alde batean, ume bat (ondoko irudiaren antzera). Umea saltoka dabil, marraren alde batetik bestera, gelditu gabe. Guk ez dakigu marraren zein aldetan dagoen, ezkerrean ala eskuinean. Noizean behin begiratzen dugu, eta apuntatzen dugu umearen posizioa: ezkerrean, eskuinean, ala marraren gainean (jauzia burutzen ari denean). Garbi dago gehienetan ezkerrean ala eskuinean topatuko dugula umea. Horretaz gain, ezkerrean zein eskuinean egoteko probabilitatea berdina izanen da. Batzutan, gutxienetan, umea saltoa burutzen ari den bitartean, marraren gainean ere ikusten ahal dugu. Gaurko ideia azaltzeko, demagun umea marraren ezkerrean %40tan, eskuinean %40tan eta marraren gainean %20 ikusten dugula.

Har dezagun orain atomo bat. Molekulen kasuan antzekoa egin dezakegu, antzekoa ondorioztatuz, baina atomoa aukeratzen dugu "sinpleagoak" direlako. Egin dezagun orain goiko esperimentuaren antzekoa, elektroi bat nukleoaren zein aldetan dagoen ikusteko. Horretarako, elektroiek izan ditzaketen egoerak aztertu behar dugu: orbitalak, alegia. Elektroiek, atomo zein molekuletan, energia konkretuko egoerak izan ditzakete bakarrik (hidrogeno atomoaren kasua ikusi genuen aurretik). Orbitalek, egoera konkretu hauetan elektroiak espazioko zein zonaldetan aurkitzeko probabilitatea ematen digute (konkretuki, orbitalen karratuak, hau da, orbitala bere buruarekin biderkatuta). Hortaz, orbitalen formei so eginez, goiko esperimentuaren antzekoa burutuko dugu.

Har dezagun energia baxueneko egoeraren orbitala (1s orbitala). Ezkerreko irudian, honen itxura ikus dezakezue. 1s orbitala esfera baten moduan ikus dezakezue, atomoaren nukleoa esferaren erdian dagoelarik. Elektroia nukleotik R distantziara egoteko probabilitate maximoa du, baina R baino handiago ala txikiago den distantzietara egon daiteke ere. Hori bai, ezker/eskuina begiratzen badugu, garbi dago elektroia bi aldeetan topatu dezakegula, baita nukleoaren gainean ere. Hortaz, kualitatiboki, ez dugu desberdintasun handirik topatzen kasu honen eta umearen kasuaren artean. Hori bai, atomo batean elektroi kopuru handia badugu, energetikoki altuago dauden egoerak bete behar dituzte. Egoera bakoitzean gehienez bi elektroi egon daitezke. Hori dela eta, energia altuagoko orbitalei eginen diegu so. Konkretuki, p eta d motako orbitalei (gehiago daude, baina ondorio berdinak lortzen dira).

Begira dezagun p eta d motako orbital sinpleenak (behean, ezkerrean p eta eskuinean d motako orbitalen irudiak). p motako orbitalen kasuan, kolore aldaketa bat ikusten dugu. Gorria eta urdinak funtzioaren zeinu desberdina adierazten digu, positibo ala negatibo. Dena den, elektroia aurkitzeko probabilitatea orbitalaren karratuak ematen digunez, probabilitatea berdina izanen da alde batean ala bestean. Hortaz, esan dezakegu elektroia nukleoaren alde batean ala bestean egon daitekela, probabilitate berdinarekin. Elektroia non dagoen begiratzen dugun bakoitzean, ezkerrean ala eskuinean dagoela topatuko dugu, baina inoiz ez bi zonalde hauen tartean!!! Nola liteke hori? Nola da posible hau gertatzea? Nola da posible elektroia ezkerrean ala eskuinean egon ahal izatea, baina ez bi hauen artean???? d orbitalen kasuan, oraindik esanguratsuagoa da portaera hau. Lau zonaldetan egon daiteke elektroia, baina ez zonalde hauen artean dagoen espazioan... Hor, elektroia aurkitzeko probabilitatea nulua da, zero patatero.

Hau da mundu kuantikoak duen beste bitxikeri bat. Intuizioak esaten digu elektroia ezkerretik eskuinera pasatzeko, nahitanahiez bi zonalde hauen artetik pasa behar dela. Mundu kuantikoa, ordea, ez da zertan horrelakoa izan behar. Gogoan izan behar dugu gure tamainako mundura ohituta gaudela, baina horrek ez du esan nahi unibertso osoan gure eskalan ikusten ditugun fenomenoak betetzen direnik.

Sarrera honek #KulturaZientifikoa 1. Jaialdian parte hartzen du