The virtual double-slit experiment to the High School level (Part II): a quantum analysis of behavior corpuscular and wave aspect of the light

Authors

  • Danilo Cardoso Ferreira Instituto Federal do Paraná, Campus Jacarezinho, PR https://orcid.org/0000-0002-9329-3978
  • Moacir Pereira de Souza Filho Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente, SP

DOI:

https://doi.org/10.5007/2175-7941.2019v36n1p302

Abstract

This work analyzes the virtual double slit experiment and it has been divided into two parts: Part I, which dealt with the classical behavior analysis (corpuscular and wave) and Part II (this article) addresses the quantum behavior of light (photons). The methodology process has been divided into three (3) steps: (i) First, we analyze based on the use of virtual experiments, the behavior of a beam of light across a wall with two slits. In this case, it is light shows interference. (ii) Then, we use the same experiment, but in this situation with individual photons. The photons behave like waves and show interference, such as before. (iii) Finally, to find out what was happening, put a detector near the cracks. In this situation, strangely, the photons behave like particles (corpuscles). In order to explain these results, we use the notation of brackets proposed by Paul Dirac (1902-1984) that allows us to represent the state vectors, which allow us to show, mathematically, what happens in the double slit experiment with quantum objects. Due to the mathematical complexity (for high school) intrinsic to the notation of Dirac we proposed a sort of "translation" of this mathematical resource for this level. We believe that this device could be useful for understanding other concepts of quantum mechanics, such as spin 1/2 and two-tier systems’.

Author Biographies

Danilo Cardoso Ferreira, Instituto Federal do Paraná, Campus Jacarezinho, PR

Possui graduação em Licenciatura em Física (2010) e Mestrado em Ensino de Física (2015) pela Faculdade Júlio de Mesquita Filho – Unesp – FCT Presidente Prudente. Professor de Ensino Básico, Técnico e Tecnológico de Física do Instituto Federal do Paraná, Campus Jacarezinho, nos cursos de Engenharia de Controle e Automação, Licenciatura em Química e nos cursos Técnicos Integrados de Mecânica, Eletromecânica, Eletrotécnica, Alimentos e Informática. Trabalha com Ensino de Física Moderna com temas como Relatividade, Mecânica Quântica e Física de Partículas no Ensino Médio e em Licenciaturas.

Moacir Pereira de Souza Filho, Universidade Estadual Paulista, Presidente Prudente, SP

Possui graduação em Licenciatura em Física (2001) e Tecnologia dos Sistemas Elétricos – Modalidade Eletrônica (1987); Mestrado (2004) e Doutorado (2009) em Educação para a Ciência pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho – FC/Unesp/Bauru. Professor Assistente Doutor do Departamento Física e docente credenciado no Programa Nacional de Mestrado Profissional em Ensino de Física (FCT/Unesp/Presidente Prudente/SP), no Programa de Pós-Graduação em Educação para a Ciência (FC/Unesp/Bauru/SP) e no Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências – Doutorado (Instituto de Física/UFMS/Campo Grande/MS).

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Published

2019-05-13

How to Cite

Ferreira, D. C., & de Souza Filho, M. P. (2019). The virtual double-slit experiment to the High School level (Part II): a quantum analysis of behavior corpuscular and wave aspect of the light. Caderno Brasileiro De Ensino De Física, 36(1), 302–329. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2019v36n1p302

Issue

Vol. 36 No. 1 (2019)

Section

Objetos de Aprendizagem, Recursos Digitais e Virtuais sobre o Ensino de Física

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