1 Introducción

A finales del siglo XIX, los científicos creían que podían explicar todos los fenómenos del universo con tres teorías clave: la ley de la gravitación universal propuesta por Newton, que unifica el movimiento celeste y terrestre mediante la gravedad; el modelo atómico de Dalton; y la teoría electromagnética de Maxwell, que integra las fuerzas eléctrica y magnética.

Sin embargo, comenzaron a realizarse descubrimientos que no podían explicarse con los conocimientos disponibles:

En 1887, Heinrich Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico mientras intentaba poner a prueba la teoría de Maxwell sobre la naturaleza ondulatoria de la radiación electromagnética.

En 1895, Wilhelm Roentgen produjo los rayos X – denominados así por su naturaleza desconocida – y se comprobó que se trataba de una forma de radiación electromagnética con una frecuencia y energía muy altas, superiores a la luz ultravioleta.

En 1896, Becquerel observó la radiactividad natural en sales de uranio. Las emisiones radiactivas se clasificaron en tres tipos: α, β y Ɣ.

En 1897, J.J. Thomson identificó unas partículas diminutas con carga negativa, mucho menores que los átomos, a las que denominó electrones.

Resultaba evidente la necesidad de nuevas teorías para comprender el mundo atómico y subatómico. Esta necesidad impulsó el desarrollo de la física cuántica (o mecánica cuántica), la relatividad y la física nuclear, disciplinas que constituyen la base de la física moderna. Para describir el universo, es esencial comprender a las partículas como entidades que obedecen las leyes de la mecánica cuántica y de la relatividad.

A diferencia de la teoría especial de la relatividad, que perfecciona la física newtoniana, la mecánica cuántica supuso una ruptura profunda con la física clásica, ya que introduce una descripción probabilística de la naturaleza y emplea magnitudes discontinuas o escalonadas. Esto contrasta con la concepción determinista y continua de la física clásica.

En los siguientes capítulos exploraremos el desarrollo de la mecánica cuántica, desde sus inicios hasta el modelo estándar de la física de partículas. Este texto se estructura en tres bloques temáticos: la mecánica cuántica, la teoría cuántica de campos y la física de partículas, disciplinas profundamente interrelacionadas que conforman el núcleo de la física moderna.