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Descubrió los rayos catódicos cuando, durante un experimento pasó corriente a través de un tubo de vidrio lleno de un aire enrarecido y notó un extraño arco de luz comenzando en el ánodo (electrodo positivo) y finalizando en el cátodo (electrodo negativo).
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Declaró el "problema del cuerpo negro": ¿cómo la intensidad de la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro depende de la frecuencia de la radiación y de la temperatura del cuerpo?
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Ordena los elementos en función de sus masas atómicas, en filas o periodos de distinta longitud y situó en el mismo grupo elementos que tenían propiedades químicas similares.
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Sugirió que los estados de energía de un sistema físico deberían ser discretos.
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Mostró que los rayos catódicos, a diferencia de los rayos de luz, pueden ser doblados en un campo magnético.
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Descubrió que las cuatro líneas visibles del espectro del hidrógeno podían ser asignadas enteras a una serie.
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Modificó la fórmula de Balmer para incluir las otras series de líneas y producir la fórmula de Rydberg.
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Mostró que los rayos catódicos podían pasar a través de hojas delgadas de láminas de oro y producir una apreciable luminosidad de los cristales detrás de ellos.
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Descubrió la "radiactividad", un proceso en el cual, debido a la desintegración nuclear, ciertos elementos o isótopos espontáneamente emiten uno de las tres entidades energéticas: partículas alfa (carga positiva), partículas beta (carga negativa) y partículas gamma (carga neutral).
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Para explicar la radiación de cuerpo negro, sugirió que la energía electromagnética podría ser emitida sólo en forma cuantizada, esto es, la energía sólo podría ser un múltiplo de una unidad elemental de E=hf, donde h es la constante de Planck y f la frecuencia de la radiación.
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Propuso su modelo atómico que explicaba que el átomo es una esfera de carga positiva a la cual se incrustan los electrones.
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Para explicar el efecto fotoeléctrico, es decir, la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética, postuló que la luz está formada por partículas cuánticas individuales (fotones), basándose en la hipótesis cuántica de Planck (1900).
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Propone su modelo atómico tras disparar partículas alfa (positivamente cargadas) en una lámina de oro y darse cuenta que algunos rebotaban, lo cual demuestra que los átomos tienen un pequeño núcleo atómico cargado positivamente en su centro.
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Explicó la curvatura del espacio-tiempo.
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En su modelo explicaba cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos.
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Determina la masa y carga de los electrones.
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Descubrimiento del protón.
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Presenta por primera vez la dualidad onda corpúsculo de la luz característica de la mecánica cuántica. Su trabajo se basaba en los trabajos de Einstein y Planck.
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Establece que no puede haber dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos dentro del mismo sistema cuántico. Formulado inicialmente como principio, posteriormente se comprobó que era derivable de supuestos más generales: de hecho, es una consecuencia del teorema de la estadística del espín.
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Desarrollo la Mecánica de Matrices.
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Desarrolló la Mecánica Ondulatoria.
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Formula el principio de incertidumbre, establece que es imposible conocer simultáneamente la posición y la velocidad del electrón, y, por tanto, es imposible determinar su trayectoria. Cuanto mayor sea la exactitud con que se conozca la posición, mayor será el error en la velocidad, y viceversa.
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Combinó la mecánica cuántica y la relatividad especial para describir al electrón, creando así la Ecuación de Dirac. Este trabajo permitió a Dirac predecir la existencia de antipartículas.
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Descubrimiento del neutrón.
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Es la antipartícula del electrón. Fue descubierta por Carl David Anderson al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla.
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Realizó el primer cálculo preciso de una función de onda de orbitales moleculares con la molécula de hidrógeno.
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Fue descubierto por Emilio Segre y Owen Chamberlain.
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Clyde Cowman y Federick Reines confirman la existencia del neutrino con su experimento.
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Fue descubierto por Bruce Cork.
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Descubierto por Klaus von Klitzing. Cuantizó la versión del efecto Hall que permitió la definición de un nuevo estándar práctico para la resistencia eléctrica y para una extremadamente precisa determinación independiente de la constante de estructura fina.
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Realiza la verificación experimental del entrelazamiento cuántico.
