En física , un cuanto ( pl.: cuantos ) es la cantidad mínima de cualquier entidad física ( propiedad física ) involucrada en una interacción . Un cuanto es una cantidad discreta de energía proporcional en magnitud a la frecuencia de la radiación que representa. La noción fundamental de que una propiedad puede ser "cuantizada" se conoce como "la hipótesis de cuantización ". [1] Esto significa que la magnitud de la propiedad física puede tomar solo valores discretos que consisten en múltiplos enteros de un cuanto. Por ejemplo, un fotón es un solo cuanto de luz de una frecuencia específica (o de cualquier otra forma de radiación electromagnética ). De manera similar, la energía de un electrón ligado dentro de un átomo está cuantizada y puede existir solo en ciertos valores discretos. [2] Los átomos y la materia en general son estables porque los electrones solo pueden existir en niveles de energía discretos dentro de un átomo. La cuantización es uno de los fundamentos de la física mucho más amplia de la mecánica cuántica . La cuantificación de la energía y su influencia en cómo interactúan la energía y la materia ( electrodinámica cuántica ) es parte del marco fundamental para comprender y describir la naturaleza.
La palabra quantum es el singular neutro del adjetivo interrogativo latino quantus, que significa "cuánto". " Quanta ", el plural neutro, abreviatura de "cuantos de electricidad" (electrones), fue utilizado en un artículo de 1902 sobre el efecto fotoeléctrico por Philipp Lenard , quien atribuyó a Hermann von Helmholtz el uso de la palabra en el área de la electricidad. Sin embargo, la palabra quantum en general era bien conocida antes de 1900, [3] por ejemplo, quantum fue utilizado en Loss of Breath de EA Poe . A menudo era utilizado por médicos , como en el término quantum satis , "la cantidad que es suficiente". Tanto Helmholtz como Julius von Mayer eran médicos además de físicos. Helmholtz utilizó quantum con referencia al calor en su artículo [4] sobre el trabajo de Mayer, y la palabra quantum se puede encontrar en la formulación de la primera ley de la termodinámica por Mayer en su carta [5] fechada el 24 de julio de 1841.
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En 1901, Max Planck utilizó el término quanta para referirse a "cuantos de materia y electricidad", [6] gas y calor. [7] En 1905, en respuesta al trabajo de Planck y al trabajo experimental de Lenard (quien explicó sus resultados utilizando el término quanta de electricidad ), Albert Einstein sugirió que la radiación existía en paquetes localizados espacialmente a los que llamó "cuantos de luz" (" Lichtquanta "). [8]
El concepto de cuantificación de la radiación fue descubierto en 1900 por Max Planck , quien había estado tratando de comprender la emisión de radiación de objetos calientes, conocida como radiación de cuerpo negro . Al suponer que la energía puede ser absorbida o liberada solo en paquetes discretos, diferenciales y diminutos (a los que llamó "haces" o "elementos de energía"), [9] Planck explicó que ciertos objetos cambiaban de color cuando se calentaban. [10] El 14 de diciembre de 1900, Planck informó sus hallazgos a la Sociedad Alemana de Física e introdujo la idea de cuantificación por primera vez como parte de su investigación sobre la radiación de cuerpo negro. [11] Como resultado de sus experimentos, Planck dedujo el valor numérico de h , conocido como la constante de Planck , e informó valores más precisos para la unidad de carga eléctrica y el número de Avogadro-Loschmidt , el número de moléculas reales en un mol , a la Sociedad Alemana de Física. Tras ser validada su teoría, Planck recibió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento en 1918.
Si bien la cuantificación se descubrió por primera vez en la radiación electromagnética , describe un aspecto fundamental de la energía que no se limita solo a los fotones. [12] En un intento de hacer que la teoría coincidiera con el experimento, Max Planck postuló que la energía electromagnética se absorbe o emite en paquetes discretos o cuantos. [13]