Principio de Pauli, Spin, efecto túnel y electrones libres

3.b.2.b) Estructura del átomo: ¿Qué son los electrones?

En el apartado de las Partículas Fundamentales inestables con masa hemos definido un nuevo tipo de partículas, denominadas ondones, que participan de la naturaleza material de la masa y de la naturaleza de onda en diversos momentos de su existencia. También se dijo que los electrones eran un caso particular de ondones, tienen masa, pero si el núcleo atómico adquiere o pierde energía se altera el punto de equilibrio que los generaba.

La naturaleza mixta de los electrones es independiente de la propiedad dual de la materia, inicialmente introducida por De Broglie en 1924, que se refiere a un aspecto diferente. Asimismo, dicha dualidad de la materia es diferente del mal denominado comportamiento dual de la luz, como se ha comentado en apartados anteriores de este libro.

En otras palabras, los electrones en la nueva estructura del átomo de la Mecánica Global no desaparecen y aparecen por arte de magia o van y vienen a otras dimensiones, como parecen indicar las expresiones de la Mecánica Cuántica actual.

Recordemos que, además de la configuración electrónica, hay elementos del átomo en un núcleo de protones y neutrones (partículas con masa o materia comprimida) que poseen la mayoría de la masa, como determinó el modelo de Rutherford en 1911 con su experimento de la lámina de oro. Rutherford fijo el radio del átomo en aproximadamente 10.000 veces el de su núcleo. En realidad, es 100.000 veces mayor.

La novedad fundamental de la Mecánica Global respecto a los elementos y estructura del átomo es la configuración de los electrones como resultado del campo electromagnético y como relajadores de la tensión transversal de dicho campo; en contraposición a la afirmación de la Mecánica Cuántica de que los electrones en movimiento generan un campo electromagnético, aunque esto también es cierto.

Quizás parezca un cambio filosófico, pero no es lo mismo efecto-causa que causa-efecto y mucho menos causa-causa como propone gran parte de la Mecánica Cuántica actual.

En cualquier caso, espero que las nuevas características de los elementos del átomo y su configuración electrónica ayuden a conocer con mayor exactitud qué son los electrones, su significado, sus órbitas y las de los demás ondones de la estructura atómica.

El punto de equilibrio donde existen los electrones es un equilibrio dinámico; pero, además, la dinámica o movimiento de los electrones en la estructura del átomo responde a diversas causas y manifiesta comportamientos diferentes.

Veamos algunas características adicionales de la estructura del átomo y, en especial, de su configuración electrónica. En primer lugar, examinaremos el movimiento de los electrones dentro de una órbita cualquiera y posteriormente tanto las razones por las que cambian de órbita como la forma en que lo hacen.

• Las órbitas dinámicas de los electrones.

  El cambio más relevante de la configuración electrónica del nuevo modelo atómico es, sin duda, la forma y significado de las órbitas de los electrones.

  La estructura atómica de Rutherford configuraba las órbitas de los electrones como circulares y elípticas,  la teoría atómica de Bohr las supone circulares, el modelo de Sommerfeld añade subniveles, descarta las órbitas circulares e incluye la relatividad. Al final, el modelo actual de Schrödinger cambia la filosofía sobre las órbitas atómicas y define zonas de probabilidad de encontrar un electrón en la estructura espacial del átomo.

  

  La configuración electrónica de la estructura atómica según la Mecánica Global también acepta las zonas de localización espacial de las cargas negativas alrededor del núcleo o electrones, que pertenecen al tipo de partículas elementales denominadas ondones. Los electrones tienen órbitas elipsoides no fijas a pesar de ser estables. En consecuencia, las órbitas representan los puntos por los que se desplazan los electrones mientras participan de la naturaleza de la masa,  es decir cuando, como ondones que son, tienen la característica de masa o quiebro de los filamentos del Éter Global y no de onda electromagnética.

  Las órbitas de los electrones son dinámicas, elipsoides, no necesariamente alrededor del núcleo atómico y corresponden a puntos espaciales donde la fuerza resultante de la tensión electromagnética o de torsión y la tensión de la curvatura longitudinal o gravitacional clásica es nula. O, mejor dicho, se anula con el movimiento de los electrones, la vibración del núcleo del átomo y el medio-bucle o quiebros que configuran los electrones.

  El ondón girará porque el giro en sí mismo neutraliza –es una consecuencia de– la fuerza de torsión residual o diferencia de potencial gravito-magnético residual después de la energía elástica de torsión neutralizada con el medio-bucle de la masa del propio electrón.

  Las órbitas de la configuración electrónica serán dinámicas o tendrán forma de nube, como en el modelo de átomo de Schrödinger de 1926, por la vibración del núcleo atómico. Dicha vibración se debe a que la distribución de fuerzas elásticas de torsión y de tensión de la curvatura longitudinal no es uniforme ni puede tener simetría radial pura; como la fuerza de la gravedad considerada aisladamente y en distancias mayores que las atómicas.

  Por la misma razón, las órbitas de la configuración electrónica en el nuevo modelo de átomo también serán elipsoides. La figura elipsoide no tendrá por qué estar en un plano del espacio, sino que será una elipsoide tridimensional y tampoco tendrá por qué estar situado el núcleo del átomo dentro de la nube orbital así definida.

  Ya en la estructura del átomo de Schrödinger se ve que las zonas de movimiento no son siempre órbitas alrededor del núcleo. Aunque las órbitas de los electrones puedan ser circulares o elípticas no lo serán siempre,  con carácter general se puede decir que serán elipsoides.

  Veamos con detenimiento por qué el movimiento de los electrones dentro de una órbita responde a la energía electromagnética no relajada por el medio-bucle de que están formados.

   

  • La danza de los Ondones (The dance of the Wavons)

    La masa del electrón depende de la energía elástica almacenada. Con una perspectiva espacial, la energía de los electrones será equivalente a la energía elástica neutralizada y dependerá del límite físico para producirse un bucle o rizo del Éter Global y de su velocidad orbital.

    Ahora bien, la neutralización por el movimiento de los ondones en la estructura del átomo se consigue con cada vuelta completa, es decir, sólo serán admisibles aquellas frecuencias orbitales que neutralicen o relajen las fuerzas de torsión. Al mismo tiempo, la velocidad de los electrones será igual a aquella que neutraliza las fuerzas anteriores, pues es causada por las mismas. Es algo parecido a cuando queremos tocar algo con la mano y ese algo se mueve en la misma dirección y a la misma velocidad que nuestra mano, nuestra fuerza o intención de toque quedará neutralizada.

    

    No sé si soy yo hoy o es que realmente es difícil de explicar los elementos de la nueva estructura atómica o las dos cosas, voy a intentarlo de otra forma.

    En la figura hojológica aparecen un par de manos sujetando por los extremos una barra de poliuretano con torsión, si se hace un movimiento con las manos, tipo bicicleta, en el mismo sentido de las fuerzas de torsión o tensión transversal de giro, la tensión en los extremos de la barra sujetos por las manos no variará de forma apreciable. Pero si se hace en sentido contrario, por la reacción elástica de la barra, la tensión en las manos desaparece al llegar a cierta velocidad de giro, lo único que hay que hacer es dejarse llevar las dos manos.

    La tensión produce una fuerza elástica que tiende a mover las manos, pero si las manos retroceden con la misma velocidad que lo harían por efecto de las fuerzas elásticas de torsión, dichas fuerzas elásticas se dejan de notar; es decir, a partir de ese punto, hacia fuera de las manos, no existen. A este mecanismo de relajación elástica en la estructura del átomo le debemos de poner un nombre para futuras referencias. Me ha gustado la danza de los ondones.

    Los puntos por los que se mueven los electrones en su baile no serán órbitas sobre el núcleo, sino que lo harán sobre un eje de simetría, que a su vez puede ser móvil, en función de los juegos de fuerzas elásticas existentes.

• Configuración electrónica y Principio de Pauli.

  Los electrones no tienen por qué estar recorriendo la órbita entera, sino que cada uno de los dos electrones del mismo estado se encontrará en un recorrido de ida y vuelta en una parte de la órbita; esto se deberá a la vibración del átomo por el juego de las elasticidades del Éter Global cuando el átomo tenga el movimiento restringido por cualquier causa, como en el caso de formar parte de moléculas. Baste recordar que el electrón existe en los puntos de equilibrio de fuerzas elásticas y dependientes de la situación del núcleo del átomo respecto a su entorno.

  Una idea intuitiva del Principio de Pauli se puede conseguir con el siguiente ejemplo sobre la resistencia a deformaciones en un balón de plástico duro.

  • Experimento sencillo de física.

    Si le damos una patada al balón no le pasará nada, pero si es muy fuerte se puede producir una hendidura en el balón en forma de gajo de naranja más o menos grande.

    Ahora, si continuásemos con pataditas por todo el balón y cada vez más fuertes nos encontraríamos con que el siguiente gajo de naranja aparecería justo en las antípodas del primero y con la misma orientación. Después, se producirán dos más en el plano perpendicular a los anteriores. Finalmente, cuatro más en los espacios intermedios.

    

    Por supuesto todo depende de las elasticidades del plástico, y creo que, si se definen adecuadamente de forma matemática, se podría demostrar y generalizar que bajo ciertas condiciones el resultado sería siempre el mismo.

    Entonces el Principio de Pauli dejaría de ser un principio y pasaría a ser una ley física basada en un teorema matemático representando ciertas condiciones.

    Situándonos ya en el átomo, si aumenta la diferencia de tensión de los filamentos entre el núcleo atómico y el exterior del átomo por tratarse de un átomo con mayor número de protones, la tensión de los hilos cederá o creará electrones en una zona más exterior si las capas interiores están ajustadas o relajadas con electrones. Hay que tener en cuenta que la tensión de curvatura longitudinal (distinta de la transversal) va disminuyendo con la distancia al núcleo atómico.

    Además, hay electrones que se forman antes en determinados lugares de niveles superiores que soportan más tensión que otros más interiores debido la geometría espacial de las elasticidades.

    Para un análisis formal ver la página de Wikipedia sobre configuración electrónica. ** Hay muchas reglas prácticas, como la regla s+d+n, el principio de Aufbau, y también bastantes excepciones.

• Spin de los electrones y momento angular orbital.

  La confirmación de la existencia del Spin del electrón vino del experimento Stern-Gerlach y de la denominada estructura fina de las líneas del espectro del hidrógeno.

  La configuración electrónica indicada anteriormente es coherente con el Principio de Pauli, la existencia del Spin o momento angular intrínseco de los electrones y la interacción Spin-órbita –como la estructura fina del hidrógeno. Ver página de HyperPhysics ** sobre el Spin electrónico.

  

  El signo del Spin parece deberse simplemente a si el momento angular orbital tiene el mismo sentido que el momento magnético del electrón debido al Spin, o si es contrario al mismo. En consecuencia, los valores positivo y negativo del Spin se deberán a la interacción Spin-órbita.

  Ejemplos de relación entre Spin y momento lineal son los aislantes topológicos donde se produce el bloqueo Spin-impulso.

  Desde otra perspectiva, el origen del Spin seguramente estará relacionado con la barrera energética de estabilidad que se produce en la creación de los electrones, que indudablemente pertenece a la naturaleza intrínseca del electrón, y que posiblemente esté ligada a la creación de ciertos neutrinos.

   

• Efecto túnel o salto entre órbitas de los electrones.

  Si el núcleo del átomo adquiere energía por absorber un fotón, cambiará la estructura del campo gravito-magnético generado y, por lo tanto, los puntos de equilibrio donde los electrones pueden existir y moverse. De ahí que, en ocasiones cuando el desequilibrio es mayor que la barrera energética de estabilidad de los electrones, se diluya la masa de los electrones en energía electromagnética, hasta que se vuelva a generar el medio-bucle o rizo que componen la masa del electrón, implicando un nuevo punto de equilibrio orbital.

  Por ello, el movimiento de los electrones entre órbitas no se puede seguir y se habla de saltos de los electrones entre órbitas de la estructura del átomo y de movimiento de nubes de electrones.

  Esta naturaleza mixta de los electrones es también la base de una posible explicación del efecto túnel y del experimento de Young o doble ranura realizado con electrones.

• Electrones libres y enlaces moleculares.

  Los electrones también se pueden crear entre distintos átomos formando enlaces covalentes, iónicos o metálicos.

  Además, se mueven como las partículas subatómicas estables con masa mediante su deslizamiento como un nudo corredizo en el vacío clásico o estructura reticular de la materia o Éter Global.

  En estos casos se denominan electrones libres, por poder abandonar el espacio del átomo o de la molécula. Visto desde la óptica de la Mecánica Global, lo que ha ocurrido es que las variaciones de energía del núcleo del átomo producen cambios en localización espacial de los puntos de relajación de la torsión transversal del Éter Global o que no sea necesaria dicha relajación.

  Asimismo, el movimiento de los electrones en el espacio exterior o vacío clásico muestra que tienen cierta estabilidad, por lo que debe existir una barrera energética –mínimo de energía– para que el electrón se deshaga en fotones. Además, puede que sean más estables cuanta más Energía cinética tengan.

  La estabilidad del electrón afectará a la configuración de los orbitales en el átomo, pues retrasará los ajustes elásticos del conjunto, se podría decir que esta característica de los electrones contribuye a un mayor margen espacial de la forma esferoide de las órbitas electrónicas.

  • Experimento sencillo de física.

    En el ejemplo del bucle corredizo con un pelo sobre un lápiz se ve la facilidad de desplazamiento de dicho bucle.

    Ahora para el caso de electrones, pensemos que el nudo corredizo es medio nudo y se produce por un pliegue o quiebro en una pajita de una bebida refrescante.

    Intuitivamente podemos ver que dicho quiebro solo se produce a partir de un mínimo de energía de giro transversal sobre dicha pajita, de lo contrario la pajita mantendrá su forma cilíndrica a pesar de una pequeña deformación elástica.

    

    Los electrones o quiebro de la pajita de plástico en nuestro ejemplo tendrán la misma resistencia a desaparecer que tuvo la pajita a formarse.

  Por otra parte, acabamos de descubrir otra de las posibles características de los filamentos del Éter Global, es decir, podrían tener naturaleza tubular –quizás con varias capas tubulares– aunque no sea totalmente homogénea debido a los vértices de las celdas cúbicas de la red tridimensional.

  Como sabemos por el efecto fotoeléctrico, el electrón tendrá mayor velocidad y mayor energía cinética cuanto mayor sea la energía del fotón absorbido por el átomo a partir de un mínimo de energía necesario, sin el cual ningún electrón es emitido por mucho que aumentemos la intensidad de la radiación.

  Un experimento reciente en los límites del efecto fotoeléctrico realizado por científicos alemanes muestra que un fotón absorbido puede provocar la expulsión de más de un electrón; en otras palabras, parece que en este caso el fotón lo absorbe el núcleo del átomo y no el electrón.