El primer científico en llevar a cabo la unificación de la
Mecánica Cuántica con la Teoría Especial de la Relatividad fue Paul Adrien
Maurice Dirac (1902-1984), conocido como P. A. M. Dirac, considerado como
el “padre” de la Mecánica Cuántica
Relativista.
La ecuación de Dirac de onda relativista de la mecánica cuántica fue formulada por Paul Dirac en 1928. Da una descripción de las partículas elementales de espín 1/2, como el electrón, y es completamente consistente con los principios de la mecánica cuántica y de la teoría de la relatividad especial. Además de dar cuenta del espín, la ecuación predice la existencia de antipartículas.
Tras las formulaciones de Heisenberg
(1901-1976) y Schrödinger (1887-1961) en el campo de la mecánica cuántica,
dicha disciplina quedó abierta a nuevas aportaciones. El átomo propuesto por Bohr y Sommerfeld
tenía tres números cuánticos, a lo que Pauli (1900-1958) añadió un cuarto, con
posibles valores de +1/2 y -1/2, que corresponden al espín o momento angular
intrínseco del electrón. En 1924 Pauli formuló su “principio de exclusión” que
impone que dos electrones en un mismo átomo no pueden tener los mismos números
cuánticos. Como el espín sólo puede tener dos valores, esto lleva a que en una
misma órbita sólo pueda haber dos electrones con valores distintos de espín.
Con este principio quedó clara la distribución orbital de los electrones.
El espín aparece como una consecuencia de la
mecánica cuántica relativista, como demostró Dirac en 1928, y es una
característica de la mayoría de las partículas elementales, si bien la
definición del átomo en términos de los números cuánticos nos aleja de
cualquier representación gráfica.
Partiendo de la posible existencia de estados
negativos de energía para el electrón, Dirac predijo la existencia de una
partícula como el electrón pero con carga positiva: el positrón. En
efecto, el positrón fue descubierto experimentalmente dos años más tarde de la predicción
inicial de Dirac. La existencia del positrón abrió el camino hacia el
descubrimiento de otras antipartículas y en consecuencia a la existencia de la
antimateria.
En 1933, Schrödinger y Dirac recibieron el
Premio Nobel de Física por la introducción de la ecuación de onda en la
mecánica cuántica.
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