¿Qué efecto tiene el mundo cuántico en las ondas de radio? Por ejemplo, si pudiera encogerme y pararme sobre el núcleo (o incluso partículas subatómicas más pequeñas que forman el núcleo) con un dispositivo que pudiera medir las ondas de radio del mundo circundante (es decir, con todas las señales que produce la humanidad moderna), ¿Qué lecturas recogería? ¿Serían los mismos que los normales o los aspectos cuánticos afectarían de alguna manera las señales y, de ser así, de qué manera se verían afectados?
Si eres un electrón en un átomo y tienes algún espectro energético, una onda de radio puede causar tus transiciones de un nivel a otro. Su carácter cuántico se manifiesta en sus niveles de energía discretos.
Si eres un electrón en estado sólido, en un metal, por ejemplo, entonces tu espectro puede ser continuo y cualquier energía está permitida. En este caso te comportas como una carga clásica.
NO soy físico, pero creo que hay algunos conceptos aquí que se están confundiendo.
En primer lugar, una antena se "sintoniza" a una frecuencia de radio particular, es decir. es mejor para hacer resonar una señal de CA (electrones libres) en longitudes que están alrededor de una longitud de onda.
En segundo lugar, un electrón absorbe un cuanto de EMF alrededor de un átomo al pasar de un nivel a otro. Su carácter cuántico se manifiesta en la búsqueda de electrones que pueden ganar niveles discretos de energía al absorber los cuantos de fem (recuerde la naturaleza dual de la fem que, aunque su longitud de onda puede ser de 160 metros, debe ser absorbida por un solo electrón.
Espero que la probabilidad de que un electrón absorba un cuanto de EMF no sea mayor en una antena más pequeña que en una antena más grande, más un factor de área de sección transversal que espero.
Si un electrón libre resonará en una antena estará determinado por factores como la SWR y la geometría/longitud de la antena, efectos NO cuánticos.
Todas las interacciones de la materia con las ondas de radio, incluidas las que percibimos como clásicas, son mecánicas cuánticas. En particular, los electrones libres en una antena metálica reaccionan a los campos eléctricos en las ondas de radio como lo harían las partículas clásicas porque en las energías de la banda de conducción hay un continuo de energías permitidas y los electrones son efectivamente (en el sentido técnico) libres.
La forma real en que se manifiestan los efectos de la mecánica cuántica manifiesta es cuando las energías de los fotones de la radiación EM (que equivalen a o algún múltiplo de ella) son comparables a la diferencia de energía entre dos estados de energía discretos. Dado que las ondas de radio se encuentran en la parte inferior del espectro EM, esta diferencia de energía debe ser muy pequeña ( del orden de meV o menor ).
El mejor ejemplo de estas pequeñas diferencias de energía en acción es probablemente la estructura hiperfina del hidrógeno , que refleja la ligera diferencia de energía causada por las interacciones magnéticas entre los momentos magnéticos del electrón y del protón (el último de los cuales es muy pequeño), dependiendo de si sus espines son paralelos o antiparalelos. Estos son dos estados con energías discretas y las transiciones entre ellos causan absorción y emisión de microondas en longitudes de onda de aproximadamente 21 cm.
Debido a su larga longitud de onda, es difícil detectar fotones de radio individuales. (De hecho, es posible, pero sigue siendo toda una hazaña, producir y detectar de manera confiable fotones individuales. Esto se puede hacer en los rangos visible e IR, pero este tipo de óptica en longitudes de onda más largas se vuelve progresivamente más difícil). Por otro lado, es fácil para hacer ondas de radio bastante intensas (como las potencias de MW utilizadas habitualmente por las estaciones de radio) simplemente enviando una gran cantidad de fotones.
Sin embargo, esto no significa que el desajuste entre la longitud de onda de radio (del orden de 1 m) y las longitudes de onda atómicas (del orden de 0,1 nm) dificulte la interacción de las dos. Esto ya es un problema para las longitudes de onda ópticas, del orden de 400 nm, y simplemente significa que la radiación de este tipo debe tratarse en la aproximación dipolar que trata el campo eléctrico como localmente constante. Esto solo se rompe para la radiación EM de frecuencia de rayos X y superior, que interactúa de manera bastante diferente con la materia.
Hasta donde yo sé, la onda de radio de frecuencia más baja emitida por un átomo es la línea de Hidrógeno de 21 cm (~ a 1,4 GHz).
Por lo tanto, si fueras un electrón en el átomo de hidrógeno, verías el fotón con una longitud de onda de 21 cm como un cambio de energía (como una transición hiperfina , en realidad). Si fuera de una longitud de onda mayor, lo que vería es un campo eléctrico localmente constante, que varía con el tiempo.
En ese caso, el campo eléctrico interactúa con el electrón como una imagen clásica ( es decir, lo acelera en una dirección particular), pero hablando mecánicamente cuánticamente no "cambiará". Tu nivel de energía seguirá siendo el mismo, y si estás atado a un átomo/molécula, entonces no pasará absolutamente nada.
Por otro lado, si usted es un electrón libre, entonces sería acelerado en la dirección del campo eléctrico y en la misma frecuencia en que oscila el campo eléctrico incidente.
Una onda de radio no es más que un fotón. Un fotón se puede imaginar como una partícula borrosa con dimensiones aproximadamente iguales a la longitud de onda. Por lo tanto, tiene muchas decenas de metros de tamaño. La probabilidad de interacción entre una antena de dimensiones nucleares y un fotón tan grande es extremadamente pequeña.
bjornw