O que são ondas de matéria?
As ondas da matéria, também chamadas de ondas de Broglie, são a natureza ondulatória de toda a matéria, incluindo os átomos que compõem seu corpo. Uma das primeiras e mais importantes descobertas da física quântica é que os elétrons têm uma natureza de partícula de onda dupla. Logo ficou claro que toda a matéria tem essa natureza dupla, mas como a matéria convencional tem um alto momento em relação aos elétrons, o comprimento de onda das ondas da matéria é muito pequeno e, na maioria dos casos, quase imperceptível. Por exemplo, o comprimento de onda da matéria que compõe uma pessoa é da ordem de 10 a 35 metros , muito menor do que pode ser observado usando as tecnologias de medição atuais.
O conceito de ondas de matéria foi elucidado pela primeira vez pelo físico francês Louis de Broglie, que estava estendendo as teorias propostas por Albert Einstein, Max Planck e Neils Bohr. Bohr estudou principalmente o comportamento quântico dos átomos de hidrogênio, enquanto que de Broglie tentou estender essas idéias para determinar uma equação de comprimento de onda para toda a matéria. De Broglie apresentou uma teoria e a apresentou em sua tese de doutorado de 1924, pela qual recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1929. Esse foi o primeiro caso em que o Prêmio Nobel foi concedido por uma tese de doutorado.
As equações conhecidas como relações de De Broglie descrevem a natureza de partículas de onda dupla de toda a matéria. Essas relações afirmam que o comprimento de onda de uma partícula é inversamente proporcional ao seu momento (massa vezes a velocidade) e sua frequência é proporcional à sua energia cinética, que é um valor (relativo) dependente da estrutura. Assim, partículas com baixo momento, como elétrons à temperatura ambiente, têm um comprimento de onda de De Broglie de cerca de 8 nanômetros. Partículas com momento ainda mais baixo, como átomos de hélio a temperaturas de apenas alguns nanoKelvins, podem ter ondas de matéria com comprimentos de onda de alguns mícrons. Sob tais condições incomuns, as realidades do mundo quântico são quase trazidas para o domínio da macroescala.
As teorias de De Broglie sobre ondas de matéria foram confirmadas em 1927, quando os cientistas da Bell Labs, Lester Germer e Clinton Davisson, dispararam elétrons em movimento lento contra um alvo de níquel cristalino. O padrão de difração resultante demonstrou as características ondulatórias dos elétrons, semelhantes às conhecidas por serem exibidas por fótons, como os raios X. As ondas de matéria só puderam ser observadas nesse caso porque os elétrons usados para produzi-las tinham um momento muito baixo. Desde 1927, a natureza ondulatória de várias outras partículas elementares tem sido demonstrada empiricamente.