O experimento virtual da dupla fenda ao nível do ensino médio (Parte II): uma análise quântica do comportamento corpuscular e ondulatório da luz

Autores

  • 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

Resumo

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.

Biografia do Autor

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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Publicado

2019-05-13

Como Citar

Ferreira, D. C., & de Souza Filho, M. P. (2019). O experimento virtual da dupla fenda ao nível do ensino médio (Parte II): uma análise quântica do comportamento corpuscular e ondulatório da luz. Caderno Brasileiro De Ensino De Física, 36(1), 302–329. https://doi.org/10.5007/2175-7941.2019v36n1p302

Edição

Seção

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