¿Cómo salta un electrón de un lóbulo a otro del mismo orbital $2p_x$ en forma de reloj de arena?

Question

Imagina un electrón en el orbital $2p_x$ en forma de reloj de arena. Tiene dos lóbulos. La probabilidad de que esté en el centro del orbital es cero. Este es el punto que conecta los dos lóbulos del orbital.

Ahora, si hago una observación, encuentro el electrón en el lóbulo derecho del orbital. Hago otra observación y todavía está en el lóbulo derecho. Ahora, cuando hago la tercera observación, el electrón está en el lóbulo izquierdo. ¿Cómo llegó al lóbulo izquierdo sin pasar por el centro del orbital? ¡La probabilidad de que esté en el centro es cero!

Answer 1

El orbital es una distribución de densidad de probabilidad, el cuadrado de la función de onda que caracteriza al electrón ligado en un átomo.

La parte "densidad" de la definición probabilística de las soluciones de la mecánica cuántica es importante, porque significa que un dx está multiplicando la densidad de probabilidad para obtener una probabilidad alrededor del punto x+dx. Así que no solo cero, sino cualquier punto en la función de el orbital dará una probabilidad de cero si no se multiplica por un dx finito.

El electrón no está en un camino, como la luna alrededor de la tierra. Solo la densidad de probabilidad puede describir su ubicación, no un movimiento dentro del átomo. Está en un estado cuántico mecánico.

La distribución de densidad de probabilidad es lo que se puede medir, y eso se puede hacer teniendo un gran número de átomos con electrones en el mismo orbital. Para ver la estructura de lóbulo de la distribución de densidad orbital p se tendría que además orientar todos los átomos en la muestra.

Entonces, al medir la distribución de probabilidad, se encuentra un electrón en el lóbulo izquierdo para un átomo, y en el lóbulo derecho para otro átomo, etc. Intervenir dos veces en el mismo átomo no es posible porque las mediciones cambian las condiciones de contorno y por lo tanto la solución de las ecuaciones.

Answer 2

Si realizas una medición, el electrón ya no estará en el orbital px. Alternativamente, si construyes una función de onda localizada como una combinación lineal de orbitales del estado fundamental que se encuentran a la derecha, estará compuesta por más que solo ese orbital px. Esto corresponderá a la situación después de la medición. Después de eso, debido a las diferentes fases de oscilación de estos orbitales, la evolución cuántica lo moverá hacia el lado izquierdo (y de vuelta, hasta que las fases se vuelvan completamente incoherentes).

A medida que el electrón experimenta dinámicas cuánticas ordinarias, según lo dictado por la ecuación de Scrödinger, habrá corrientes y cambios de densidad, pero estos cumplirán con la ecuación de continuidad (ya que la ecuación de Scrödinger la cumple). Por lo tanto, no habrá saltos repentinos.

Entonces, respecto a atravesar el centro del átomo: Para tener un paquete de ondas localizado, se verán involucrados estados excitados más altos que evolucionan, y estos (junto con el orbital original px) transportarán la corriente a través del centro.