O experimento virtual da dupla fenda ao nível do ensino médio (Parte II): uma análise quântica do comportamento corpuscular e ondulatório da luz
DOI:
https://doi.org/10.5007/2175-7941.2019v36n1p302Resumo
Nosso trabalho analisa o experimento virtual da dupla fenda e está dividido em duas partes: a Parte I (publicada) que tratou da análise clássica do comportamento (corpuscular e ondulatório) e a Parte II (o presente artigo) que aborda o comportamento quântico da luz (fótons). Nosso processo metodológico se dividiu em 3 (três) etapas: (i) analisamos, primeiramente, com o auxílio de experimentos virtuais, o comportamento de um feixe de luz que atravessou uma parede com duas fendas. Neste caso, percebe-se que a luz sofre interferência. (ii) Em seguida, utilizamos o mesmo experimento, mas agora com fótons individuais. Os fótons se comportam como ondas e sofrem interferência, como antes. (iii) Finalmente, para descobrir o que estava acontecendo, colocamos um detector próximo às fendas. Nesta situação, estranhamente, os fótons se comportaram como partículas (corpúsculos). Com o objetivo de explicar estes resultados, utilizamos a notação de brackets proposta por Paul Dirac (1902-1984) que nos permite representar os vetores de estado, os quais nos propiciam mostrar, matematicamente, o que ocorre no experimento da dupla fenda com objetos quânticos. Devido à complexidade matemática (para o ensino médio) intrínseca à notação de Dirac fizemos uma espécie de “tradução” deste recurso matemático para este nível de ensino. Acreditamos que este artifício poderá ser útil para a compreensão de outros conceitos da mecânica quântica, tais como spin 1/2 e sistemas de dois níveis.
Referências
BASTOS FILHO, J. B.; SIQUEIRA, A. F. O experimento da dupla fenda como exemplo de incognoscibilidade? Revista Brasileira de Ensino de Física, v.15, n. 1 a 4, p. 153, 1993.
BOHR, N. Física atômica e conhecimento humano. Contraponto editora, 1996. 132p.
CALÇADA, C. S.; SAMPAIO, J. L. Física Clássica: Óptica e Ondas. 2. ed. São Paulo: Atual,
CARNAL, O.; MLYNEK, J. Young's Double-Slit Experiment with Atoms: A Simple Atom Interferometer. Physical Review Letters. v. 66, n. 21, p. 2689-2692, 1991.
COHEN-TANNOUDJI, C.; DIU, B.; LALOË, F. Quantum Mechanics. v. I. New York: John Wiley & Sons, 1977.
DIRAC, P. A. M. The Principles of Quantum Mechanics. New York: Oxford Science Publications, 1958.
DICKE, R. H.; WITTKE, J. P. Introduction to Quantum Mechanics. Massachusetts: Addison-Wesley Company Inc, 1961.
EINSTEIN, A. Sobre um ponto de vista heurístico a respeito da produção e transformação da luz. In: STACHEL, J. (org.). O ano miraculoso de Einstein: cinco artigos que mudaram a face da Física. Tradução: Alexandre Carlos Tort. 2. ed. Rio de Janeiro: Editora da UFRJ, 2005. p. 201-222.
FERREIRA, D. C.; DE SOUZA FILHO, M. P. O experimento virtual da dupla fenda ao nível de ensino médio (Parte I): uma análise clássica do comportamento corpuscular e ondulatório e o desenvolvimento de um software computacional. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v. 33, n. 2, p. 697-716, set. 2016.
FEYNMAN, R. P.; LEIGHTON, R. B.; SANDS, M. Lições de Física de Feynman. Mecânica Quântica. v. 3. Porto Alegre: Bookman, 2008.
FEYNMAN, R. P. Sobre as leis da Física. Rio de Janeiro: Contraponto Editora, 2012, 180p.
GALVEZ, E. J.; HOLBROW, C. H.; PYSHER, M. J.; MARTIN, J. W.; COUTERMANCHE, N.; HEILIG, L.; SPENCER, J. Interference with correlated photons: Five quantum mechanics experiments for undergraduates. American Journal of Physics, v. 73, n. 127, 2005.
GASIOROWICZ, S. Física Quântica. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1979.
HEISENBERG, W. A parte e o todo. Rio de Janeiro: Contraponto Editora, 1996. 288p.
JÖNSSON, C. Electron diffraction at multiple slits. Tradução: Dietrich Brandt e Stanley Hirschi. American Journal of Physics, v. 42, n. 1, p. 4-11, 1974. Título original: Elektroneninterferenzen an mehreren ktinstlich hergestellten Feinspalten.
MAHON, J. R. P. Mecânica Quântica: desenvolvimento contemporâneo com aplicações, Rio de Janeiro: LTC, 2011.
MAXWELL, J. C. A Dinamical Theory of the Electromagnetic Field. Engene: Wipf and Stock Publishers, 1982.
MERZBACHER, E. Quantum Mechanics. New York: John Wiley & Sons, 1997.
MOURA, B. A. Newton versus Huygens: como (não) ocorreu a disputa entre suas teorias. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v. 33, n. 1, p. 111-141, abr. 2016.
NEWTON, I. Óptica. Tradução: André Koch Torres de Assis. 1. ed. 1ª. reimpr. São Paulo: editora da USP, 2002.
NUSSENZVEIG, H. M. Física Básica. Ótica, Relatividade e Física Quântica. v. 4. São Paulo: Blucher, 1998.
OSTERMANN, F.; RICCI, T. S. F. Conceitos de Física quântica na formação de professores: relato de uma experiência didática centrada no uso de experimentos virtuais. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, Florianópolis, v. 22, n. 1, p. 9-35, jan. 2005.
PESSOA Jr. O. Conceitos de Física Quântica. v. 1e 2. São Paulo: Livraria da Física, 2003.
PLANCK, M. Autobiografia Científica e outros ensaios. Rio de Janeiro: Contraponto Editora, 2012. 236p.
ROSA, P. S. Louis de Broglie e as ondas de matéria. 2004. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física “Gleb Wataghin, Universidade de Campinas, Campinas.
SAYER, R.; MARIES, A.; CHANDRALEKHA, S. Quantum interactive learning tutorial on the double-slit experiment to improve student understanding of quantum mechanics. Physical Review: Physics Education Research. v. 13, n. 010123, 2017.
SILVA, F. W. O. A evolução da teoria ondulatória e os livros didáticos. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 1, p. 149-59, 2007.
SHIMIZU, F.; SHIMIZU, K.; TAKUMA, H. Double-slit interference with ultracold metastable neon atoms. Physical Review A, v. 46, n. 1, p. R17-R20, 1992.
SCULLY, M. O.; ENGLERT, B. G.; WALTHER, H. Quantum optical test of complementarity. Nature, v. 351, p. 111-116, 1991.
TONOMURA, A.; ENDO, J.; MATSUDA, T.; KAWASAKI, T.; ESAWA, H. Demonstration of singleelectron buildup of an interference pattern. American Journal of Physics, v. 57, n. 2, p. 117-120, 1989.
WALBORN, S. P.; CUNHA, M. O. T.; PÁDUA, S.; MONKEN, C. H. Double-slit quantum eraser. Physical Review A, v. 65, n. 3, p. 033818.1-033818.6, 2002.
ZEILINGER, A; GÄHLER, R.; SHULL, C. G.; TREIMER, W.; MAMPE, W. Single- and double-slit diffraction of neutrons. Reviews of Modern Physics, v. 60, n. 4, p. 1067-1073, 1988.
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