Enfoque de enseñanza de los métodos de aproximación Teoría Hartree y Teoría Hartree-Fock para el estudio de átomos multielectrónicos en mecánica cuántica

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

The study of multielectronic atoms represents a fundamental challenge in quantum mechanics due to the complex electron–electron interactions that prevent exact solutions to the Schrödinger equation. To address this difficulty, the Hartree and Hartree–Fock approximation methods have become essential tools for describing electronic structure, integrating concepts such as the self-consistent field, the Pauli exclusion principle, and the use of Slater determinants. This work aims to develop a pedagogical approach for teaching these methods, articulating didactic strategies that help overcome mathematical abstraction and connect theory with applied examples in the study of multielectronic atoms. The implemented methodology comprises four phases: an extensive bibliographic review that builds the theoretical framework; the progressive conceptual development of the Hartree and Hartree–Fock theories; the implementation of active strategies, such as case studies, to strengthen practical understanding; and finally, the design of a computational educational interface intended to facilitate the interactive visualization of key concepts—without addressing its implementation. The results highlight the relevance of a pedagogical framework that links theory and practice, promoting more meaningful learning of advanced quantum topics. The conclusions emphasize that the integration of computational resources and teacher-centered approaches, such as the TICP approach, enhances the understanding of atomic structure and fosters innovation in the teaching of quantum physics.

Descripción

El estudio de los átomos multielectrónicos constituye un desafío fundamental en mecánica cuántica debido a las complejas interacciones electrón-electrón, que imposibilitan soluciones exactas a la ecuación de Schrödinger. Frente a esta dificultad, los métodos aproximados de Hartree y Hartree-Fock se consolidan como herramientas esenciales para describir la estructura electrónica, integrando conceptos como el campo autoconsistente, el principio de exclusión de Pauli y el uso de determinantes de Slater. Este trabajo tiene como propósito desarrollar un enfoque pedagógico para la enseñanza de dichos métodos, articulando estrategias didácticas que permitan superar la abstracción matemática y conectar la teoría con ejemplos aplicados al estudio de átomos multielectrónicos. La metodología implementada comprende cuatro fases: una revisión bibliográfica exhaustiva que construye el marco teórico; el desarrollo conceptual progresivo de la teoría de Hartree y Hartree-Fock; la implementación de estrategias activas, como estudios de caso, para fortalecer la comprensión práctica; y finalmente, el diseño de una interfaz educativa computacional orientada a facilitar la visualización interactiva de los conceptos clave, aunque sin abordar su implementación. Los resultados señalan la pertinencia de un marco pedagógico que vincule teoría y práctica, lo cual favorece un aprendizaje más significativo de los temas cuánticos avanzados. Las conclusiones destacan que la integración de recursos computacionales y enfoques centrados en el docente, como el enfoque TICP, potencian la comprensión de la estructura atómica y promueven la innovación en la enseñanza de la física cuántica.

Palabras clave

Métodos de aproximación, Mecánica cuántica, Enseñanza de la física, Recursos educativos computacionales

Materias

Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas

Citación