Introducción a la espectroscopia Ramán: el fotón.

Vimos en entradas anteriores, lo que era un electrón, ahora veremos lo que es un fotón, y lo abordaremos por la simple razón de que la espectroscopia Ramán es una técnica fotonica de alta resolución, que proporciona  de manera casi instantánea  (en solo segundos) información química y estructural prácticamente de cualquier material orgánico o inorgánico permitiendo de este modo, su identificación. ( y en cuanto al tema que nos convoca aquí, al análisis de las obras de arte).

La palabra fotón no reviste mayor aura de misterio, todos estamos familiarizados con ella, palabras tales como “fotosíntesis” “fotometro” “fotografía” son de uso diario  , y como tal, entendemos que la palabra “foto” está relacionado con la luz. Fue el incombustible  Albert Einstein quien lo empleó a comienzos de siglo XX , pero utilizando bajo la terminología de  “cuanto de luz” , eso sí, basado en los  trabajos de Plank , quién utilizaba el termino “cuanta” , en donde él  él a su vez, recogió el termino anteriormente  de  otras esferas ajenas a la física .Posteriormente fue bautizado como “fotón” (del griego luz) por el físico químico estadounidense Gilbert Newton Lewis en el año 1926, este termino fue rápidamente empleado por la comunidad de científicos .

plank
Max Plank
von hel
Hermann von Helmholtz
julius von mayer
Julius von Mayer
albert-einstein-2
El incombustible Einstein
Gilbert_N_Lewis
Gilbert Newton Lewis
ilenard001p1
Philipp Eduard Anton von Lenard

Un poco de historia del cuanto.

La historia , para ubicarnos mentalmente de manera un poco más precisa, comienza a gestarse prácticamente desde comienzo del siglo XX. La palabra cuanto, proviene originalmente de la palabra latina “quantum” (que es el plural de quanta) que hace alusión a una cantidad determinada. Este termino latino se usaba en el ámbito de la medicina, en especial de la farmacología,  la frase técnica-medica es Quantum satis , que quiere decir, “la medida precisa“, inclusive hoy en día , esta cita latina tiene uso dentro de la unión europea, el cual se utiliza para la seguridad alimentaria. En los años de principio de siglo, era usado por los médicos de manera constante, pero dos nombres se destacan en el traspaso de su uso medico al uso de la física, y corresponde a los doctores  Hermann von Helmholtz Julius von Mayer , que aparte de ser doctores , eran también físicos. El termino “quanto” aparece en el ambito de la física, en una carta de Mayer , describiendo la primera Ley de la Termodinámica , carta fechada el 24 de julio de 1841. El premio nobel de Física de 1905 Philipp Eduard Anton von Lenard lo abrevió como “quanta , ( en vez de utilizarla como “quanta de electricidad” ).

Como se ve, Einstein lo que hace es tomar la forma mas menos acabada de todo ese proceso que desarrolló Plank finalmente como “quanta” , en donde Plank lo atribuía a quanta de materia y electricidad , de calor y gas. Einstein sugiere de manera más especifica, que “quanta ” corresponde a “quantas de luz” , que son paquetes que forman la radiación.

La luz está conformada por paquetes de cuantos, estos fotones, que son una partícula elemental e indivisible , no posee masa, y viaja a la velocidad de la luz. Y según nuestros parámetros humanos, es la máxima velocidad posible que se puede alcanzar  en el universo. Esta cualidad asombrosa , se debe a que su masa es nula, cualquier elemento con algo de masa que intente competir en velocidad, sería un esfuerzo en vano, ya que la misma materia (su inercia) crearía resistencia al ser acelerada , la única manera de romper esa resistencia es aplicando más energía. Pero la cantidad de energía requerida para conseguir que ese cuerpo material logre una velocidad infinita, debería ser también infinita, y eso, no existe en la naturaleza.

Sabemos que los fotones viajan a la velocidad de la luz, esa velocidad no es negociable, es decir, un fotón no pfotonuede desacelerar ni menos detenerse. ¿y cómo se puede analizar si es imposible que se detenga ni menos alcanzar su velocidad? la respuesta es que no se puede, no se sabe que forma puede tener un fotón ni especular nada, las fotografías a baja exposición cuando captan la trayectoria de los fotones,  solo captan la huella fantasmal de la increíble velocidad que deja en su vertiginoso paso.  No vamos a encontrar nunca un fotón muerto en el camino, tomarlo con una pinza y decirle al mundo: “eh aquí un fotón, tiene forma de pera”. Para desgracia del ser humano que a todo le encanta encerrarlo, este no se puede.

Como  opera el foton.

Lo esencial del fotón, es que este se produce por cargas eléctricas en movimiento, lo loco es que estas cargas eléctricas  produce un espectáculo simultaneo de fuerzas magnéticas y eléctricas que se propagan por el espacio a la velocidad de la luz como ondas electromagneticas. Es sencillamente explosivo e inimaginable.

Aqui es necesario a comenzar a diseccionar la información:

1-Un fotón se mueve en direcciones precisas.

2-pero solo se les puede encontrar , en los puntos donde se producen las ondas generadas por las fuerzas eléctricas y magnéticas que se generan por las cargas antes mencionadas.

3-Como las ondas electromagnéticas se mueven en trayectorias  oscilantes , es posible hallar un fotón en una de las curvas (interferencia constructiva) que no es otra cosa que cuando dos ondas similares coinciden en la “cresta” o “cima”, lo que se traduce como una sumatoria de ambas generando una onda ampliada, cuya cúspide es el antinodo. Después de producido este antinodo, las ondas coincidentes decrecen.

interferencia con
Interferencia constructiva: apréciese como dos ondas similares se superponen para formar una de mayor amplitud. Luego vuelve a separarse sus crestas.

Los fotones sefecto-comptone manifiestan como partículas,un choque entre un fotón con una partícula de carga negativa, como un electrón en una plancha de metal, hace que el electrón salga expulsado, este electrón en movimiento produce la corriente eléctrica(efecto fotoeléctrico). El fotón en este proceso cede toda su energía al electrón que es expulsado a otro átomo.Como el fotón no tiene masa y cede toda su energía, este desaparece como un fantasma durante la colisión.

Quizás el lector encuentre innecesario ahondar tanto en estos temas que conciernen más a la física,  (tratado muy superficialmente)pero este fenómeno es en si entretenido, la finalidad de entender sus aspectos básicos nos ayudará a comprender y visualizar el como  la espectroscopia puede analizar una obra de arte;  también servirá para comprender de mejor manera como se estructura la Teoría del color y otros temas .

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