Partícula en una caja
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En Física, la partícula en una caja (también conocida como pozo de potencial infinito) es un problema muy simple que consiste de una sola partícula que rebota dentro de una caja inmóvil de la cual no puede escapar, y donde no pierde energia al colisionar contra sus paredes. En mecánica clásica, la solucion al problema es trivial: la partícula se mueve en una línea recta a una velocidad constante hasta que rebota en una de las paredes. Al rebotar, siempre lo hace con la misma velocidad, con un ángulo igual pero opuesto.
El problema cambia cuando se intenta resolver dentro de la mecánica cuántica, ya que varios conceptos de esta disciplina deben introducirse para encontrar una solución. Sin embargo, aun así es un problema simple con una solución definida. Este artículo se concentra en la solución dentro de la mecánica cuántica.
El problema puede ser expresado en cualquier número de dimensiones, pero la más simple es la unidimensional, mientras que la más útil es la que se centra en una caja tridimensional. En una dimensión, se representa por una partícula que existe en un segmento con forma de línea, con las paredes siendo los puntos finales del segmento.
En términos de la física, la partícula en una caja es definida como una partícula de un solo punto, encerrado en una caja donde no experimenta ningún tipo de fuerza (es decir, posee energía potencial cero). En las paredes de la caja, el potencial aumenta hasta un valor infinito, haciéndola impenetrable. Usando esta descripción en terminos de potenciales nos permite usar la ecuación de Schrödinger para determinar una solución.
Como se menciona más arriba, si estuviéramos estudiando el problema bajo las reglas de la mecánica clásica, deberíamos aplicar las leyes del movimiento de Newton a las condiciones iniciales, y el resultado sería razonable e intuitivo. En mecánica cuántica, cuando se aplica la ecuación de Schrödinger, los resultados no son intuitivos. En primer lugar, la partícula sólo puede tener ciertos niveles de energía específicos, y el nivel cero no es uno de ellos. En segundo lugar, las probabilidades de detectar la partícula dentro de la caja en cada nivel específico de energía no son uniformes - existen varias posiciones dentro de la caja donde la partícula puede ser encontrada, pero también hay posiciones donde es imposible hacerlo. Ambos resultados difieren de la manera usual en la que percibimos al mundo, incluso si están fundamentados por principios extensivamente verificados a través de experimentos.
