¿Cómo se ve una superficie física a nivel subatómico?

A nivel macroscópico, todos estamos bastante familiarizados con el concepto de superficie física.

De wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_(topología)

En matemáticas, una superficie es una forma geométrica que se asemeja a un plano deformado. Los ejemplos más familiares surgen como límites de objetos sólidos en el espacio euclidiano tridimensional ordinario...

El concepto de "límite de un objeto sólido" se vuelve bastante borroso a nivel subatómico, entonces, ¿alguien puede explicar cómo definiríamos una superficie física a esa escala?

Según tengo entendido, tal vez sería mejor si alguien pudiera desglosar el siguiente escenario en términos de las interacciones fundamentales:

Un martillo golpea la cabeza de un clavo y lo clava en un bloque de madera.

  1. A nivel subatómico, ¿qué entendemos por:

    • la "superficie de la cabeza del martillo" y
    • la "superficie de la cabeza del clavo"

  2. A nivel subatómico, en términos de las fuerzas/interacciones fundamentales:

    • ¿Cómo se transfiere exactamente el impulso del martillo al clavo?

Encontré esta explicación que me satisface parcialmente, pero esa no es la imagen completa:

Las partículas subatómicas no chocan de la misma manera que los objetos macroscópicos como las bolas de billar: no se tocan literalmente entre sí. En cambio, cuando dos partículas subatómicas se acercan, intercambian bosones portadores de fuerza (fotones, gluones, partículas W o Z) entre sí. Esto es lo que les permite interactuar y dispersarse unos de otros. ~ Elizabeth H. Simmons, teórica de partículas, decana y profesora de física en la Universidad Estatal de Michigan

Lo que estoy tratando de entender exactamente es:

  • ¿Cómo se ven las superficies del martillo y la cabeza del clavo a este nivel?

  • ¿Son límites bien definidos o son "nubes de partículas subatómicas" que interactúan o se intercambian en cierta proximidad?

Depende de lo que entiendas por "nivel subatómico". Para escenarios que no involucren reacciones químicas y nucleares y para escalas de tiempo razonablemente largas, estas superficies pueden aproximarse mediante potenciales de campo medios. La microscopía de fuerza atómica puede visualizar estos potenciales maravillosamente, hasta la resolución de una fracción de un átomo. Si dejamos de lado estas suposiciones simplificadoras, se vuelve bastante complicado muy rápidamente.
Incluso en el contexto de los potenciales de campo medios, no existe una única definición acordada para 'superficie'. En algunos contextos se refiere a los átomos con enlaces insaturados, en otros casos (p. ej., cuando se habla de estrés superficial) puede referirse a átomos dentro de una cierta distancia (típicamente ~ 1 nm) de los átomos más externos. Tenga en cuenta, por cierto, que todas estas definiciones se rompen cuando considera nanopartículas suficientemente pequeñas.

Respuestas (2)

¿Cómo se ven las superficies del martillo y la cabeza del clavo en este nivel?

Imagen STM de Hierro

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En el título de su publicación, solicita detalles a nivel subatómico, que no creo que nadie pueda proporcionarle.

Así que hice un poco de trampa y mostré una imagen de microscopio de túnel de barrido a nivel atómico, que puede estar en la escala de la mejor imagen que podemos obtener actualmente.

Lo que me parece interesante de esta imagen es que se corresponde exactamente con lo que esperaríamos ver de forma clásica, todo muy bien alineado y ordenado.

Dudo que el nivel subatómico sea siquiera posible de visualizar, en otras palabras, se supone que un electrón es una partícula en forma de punto, que necesita una rotación de 720 grados para volver a su punto de partida, no tengo idea de cómo visualizar eso .

La imagen más cercana que puedo proporcionarles, donde los efectos cuánticos comienzan a entrar en juego, es la siguiente.

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De movimientos ondulatorios

El concepto de movimiento ondulatorio de los electrones ha sido muy difícil de imaginar o visualizar. ¿Qué significa que una partícula se mueva como una onda? Pero podemos visualizarlo. Muy recientemente, se ha utilizado la microscopía de túnel de barrido (STM) para tomar imágenes que revelan claramente este carácter ondulatorio. El mecanismo STM se puede utilizar para recoger y colocar literalmente átomos de metal en disposiciones específicas sobre superficies metálicas. Por ejemplo, los átomos de hierro se han dispuesto para formar un círculo cerrado sobre una superficie de cobre. Luego, una imagen de la estructura resultante tomada con el STM muestra no solo el anillo de átomos de hierro, sino también ondas visibles dentro del anillo, que resultan del movimiento de los electrones que se mueven dentro del anillo y se reflejan en las paredes formadas por los átomos de hierro.

Este artículo de STM de Wikipedia explica los detalles del STM y cómo utiliza el efecto de túnel cuántico para mostrar una imagen, no de los átomos en sí, sino de la carga eléctrica que los rodea.

Cualquier corrección/aclaración a la declaración anterior será bienvenida.

¿Son límites bien definidos o son "nubes de partículas subatómicas" que interactúan o se intercambian en cierta proximidad?

En una escala subatómica, no son límites bien definidos, y estoy bastante seguro de que no podemos obtener una imagen visual de un electrón, todo lo que podemos hacer como en las imágenes anteriores es producir una imagen basada en los efectos indirectos de su carga eléctrica en nuestros instrumentos. .

En lo que respecta a la proximidad relacionada con las interacciones, debe leer esta publicación de Orbitales superpuestos y el comentario de CuriousOne debajo, sobre los factores que influyen en si se producirá o no una interacción.

¿Cómo se transfiere exactamente la cantidad de movimiento del martillo al clavo?

Exactamente por el mismo método por el que somos capaces de caminar por el suelo, es decir, la repulsión eléctrica de cargas negativas similares, ya que los electrones se repelen (o atraen) entre sí mediante el intercambio de momento mediado por fotones.

QED , nuestra teoría de cómo interactúan las partículas y las fuerzas, está bien resumida en Wikipedia.

Genial, gracias ... usted aborda los puntos más importantes de mi reflexión y ha brindado algunos enlaces útiles. Respuesta marcada como Correcta / y Votar +1
Muchas gracias, solo verifique que tengo razón sobre lo que realmente está viendo con el STM, estoy 99% seguro de que es un cgi basado en la carga alrededor del átomo. El artículo de QED es informativo sobre la transferencia de impulso.

El término superficie puede no ser aplicable a este nivel. Como la superficie es solo una aproximación nuestra. Vemos algo que parece una superficie continua, pero, en realidad, es una especie de cuadrícula con nodos muy pequeños.

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