¿Por qué se cita el efecto fotoeléctrico como prueba de la naturaleza de las partículas de un fotón?

Le interesaría saber que el experimento fotoeléctrico básico no es en realidad una demostración directa de la naturaleza de las partículas de la luz. Algunas de las principales observaciones del efecto fotoeléctrico se pueden explicar muy bien utilizando un enfoque semiclásico, es decir, utilizando un modelo cuántico para los átomos pero un modelo clásico en forma de onda para la radiación EM [1]. De hecho, la relevancia exacta del experimento fotoeléctrico sobre la naturaleza cuántica de la luz fue cuestionada hasta que Clauser realizó un experimento bastante inteligente utilizando tubos fotomultiplicadores en 1974 [2].

Así que no se sienta demasiado duro consigo mismo por no ver de inmediato cómo el efecto fotoeléctrico demuestra definitivamente la naturaleza cuántica de la luz: todo ha sido empaquetado de manera demasiado ordenada por su libro de texto. El efecto fotoeléctrico proporcionó inicialmente una buena pista (que Einstein, con su intuición típicamente brillante, aprovechó), pero solo se convirtió en una evidencia irrefutable de la naturaleza cuántica de la luz mucho más tarde.

[1] Véase, por ejemplo, WE Lamb y MO Scully, “El efecto fotoeléctrico sin fotones”, http://ntrs.nasa.gov/archive/nas…

[2] http://www.haverford.edu/physics…

De experimento. Cuando construyes un tubo fotomultiplicador y le brillas una luz brillante, se vuelve “whoosh”. Hay una corriente, proporcional a la intensidad de la luz. Si la luz se comporta como una onda (o cualquier cantidad continua), entonces debería poder bajarla tan cerca de cero como desee.

Cuando haces eso, el fotomultiplicador hace “ping”. Cada ping tiene la misma energía y está relacionado con el color de la luz. Con el tiempo, la energía total de los pings explica la energía total de la luz que brilla, pero cada ping es distinto.

Sin embargo, no se pierde toda esperanza para la idea de la ola. Puede decidir que esta es una propiedad de su fotomultiplicador. Tal vez el fotomultiplicador está acumulando energía lentamente, y luego, cuando tiene suficiente, se apaga. Entonces, si tiene una luz de tal intensidad que recibe un ping cada diez segundos, podría argumentar que lleva diez segundos acumular la energía. (Tal vez se te ocurra alguna otra explicación por el hecho de que no es un uniforme de diez segundos, como tal vez algunas partes del fotomultiplicador se “calientan” de manera desigual).

Sin embargo, el ping puede ocurrir en cualquier momento. Es tan probable que suceda inmediatamente después de encender el fotomultiplicador o descubrir la ranura como después de un tiempo. Tienes que concluir que la energía de la luz viene en grumos, corpúsculos o cuantos.

“Partícula” es la palabra utilizada para esos bultos. Es potencialmente confuso, ya que no es lo mismo que una partícula de comida o una mota de polvo. Algunas personas han sugerido otras palabras, pero ninguna de ellas se dio cuenta.