En física , un cuanto (plural quanta ) es la cantidad mínima de cualquier entidad física ( propiedad física ) involucrada en una interacción . La noción fundamental de que una propiedad física se puede "cuantificar" se conoce como "la hipótesis de la cuantización ". [1] Esto significa que la magnitud de la propiedad física puede tomar solo valores discretos que consisten en múltiplos enteros de un cuanto.
Por ejemplo, un fotón es un solo cuanto de luz de una frecuencia específica (o de cualquier otra forma de radiación electromagnética ). De manera similar, la energía de un electrón unido dentro de un átomo está cuantificada y solo puede existir en ciertos valores discretos. (Los átomos y la materia en general son estables porque los electrones solo pueden existir en niveles discretos de energía dentro de un átomo). La cuantización es uno de los fundamentos de la física mucho más amplia de la mecánica cuántica . La cuantificación de la energía y su influencia en cómo interactúan la energía y la materia ( electrodinámica cuántica ) es parte del marco fundamental para comprender y describir la naturaleza.
La palabra quantum es el singular neutro del adjetivo interrogativo latino quantus , que significa "cuánto". "Quanta", el plural neutro, abreviatura de "quanta de electricidad" (electrones), se utilizó en un artículo de 1902 sobre el efecto fotoeléctrico de Philipp Lenard , quien le dio crédito a Hermann von Helmholtz por usar la palabra en el área de la electricidad. Sin embargo, la palabra cuántica en general era bien conocida antes de 1900, [2] por ejemplo, cuántica se utilizó en Loss of Breath de EA Poe . Los médicos lo usaban a menudo , como en el término quantum satis., "la cantidad que es suficiente". Tanto Helmholtz como Julius von Mayer eran médicos además de físicos. Helmholtz usó cuántica con referencia al calor en su artículo [3] sobre el trabajo de Mayer, y la palabra cuántica se puede encontrar en la formulación de la primera ley de la termodinámica de Mayer en su carta [4] fechada el 24 de julio de 1841.
En 1901, Max Planck usó cuantos para referirse a "cuantos de materia y electricidad", [5] gas y calor. [6] En 1905, en respuesta al trabajo de Planck y al trabajo experimental de Lenard (quien explicó sus resultados usando el término cuantos de electricidad ), Albert Einstein sugirió que la radiación existía en paquetes espacialmente localizados a los que llamó "cuantos de luz" ( " Lichtquanta "). [7]
El concepto de cuantización de la radiación fue descubierto en 1900 por Max Planck , quien había estado tratando de comprender la emisión de radiación de objetos calientes, conocida como radiación de cuerpo negro . Al suponer que la energía puede ser absorbida o liberada solo en paquetes pequeños, diferenciales y discretos (a los que llamó "paquetes" o "elementos de energía"), [8] Planck explicó que ciertos objetos cambiaban de color cuando se calentaban. [9] El 14 de diciembre de 1900, Planck informó de sus hallazgos a la Sociedad Alemana de Física e introdujo la idea de la cuantización por primera vez como parte de su investigación sobre la radiación del cuerpo negro. [10]Como resultado de sus experimentos, Planck dedujo el valor numérico de h , conocido como la constante de Planck , y reportó valores más precisos para la unidad de carga eléctrica y el número de Avogadro-Loschmidt , el número de moléculas reales en un mol , a la Sociedad Alemana de Física. Después de que se validara su teoría, Planck recibió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento en 1918.
Si bien la cuantización se descubrió por primera vez en la radiación electromagnética , describe un aspecto fundamental de la energía que no solo se limita a los fotones. [11]En un intento por poner de acuerdo la teoría con el experimento, Max Planck postuló que la energía electromagnética se absorbe o emite en paquetes discretos o cuantos. [12]