Neste trabalho analisamos o fenômeno da interferência quântica no interferômetro de Mach Zehnder - um arranjo experimental análogo ao experimento das duas fendas, porém mais simples - sob a luz das principais escolas de interpretação da mecânica quântica. Embora fortemente inspirados pelo trabalho de Pessoa Jr. [1]-[3], damos especial ênfase à Interpretação dos Muitos Mundos ou Universos Paralelos, que experimenta um crescente interesse tanto por parte da comunidade científica quanto de leigos. A Interpretação dos Muitos Mundos ´e uma corrente da mecânica quântica para a qual, além do mundo do qual somos conscientes, há muitos outros mundos similares que existem em paralelo no espaço e ao mesmo tempo. A existência destes outros mundos torna possível a remoção da aleatoriedade e da ação `a distância da teoria quântica. Uma introdução básica de uma interpretação que tem estado presente nos meios de comunicação ´e uma importante contribuição para a formação inicial e continuada de professores de Física, principalmente quando se busca uma discussão mais conceitual sobre o tema.
Neste trabalho analisamos o fenômeno da interferência quântica no interferômetro de Mach Zehnder - um arranjo experimental análogo ao experimento das duas fendas, porém mais simples - sob a luz das principais escolas de interpretação da mecânica quântica. Embora fortemente inspirados pelo trabalho de Pessoa Jr. [1]-[3], damos especial ênfase à Interpretação dos Muitos Mundos ou Universos Paralelos, que experimenta um crescente interesse tanto por parte da comunidade científica quanto de leigos. A Interpretação dos Muitos Mundos ´e uma corrente da mecânica quântica para a qual, além do mundo do qual somos conscientes, há muitos outros mundos similares que existem em paralelo no espaço e ao mesmo tempo. A existência destes outros mundos torna possível a remoção da aleatoriedade e da ação `a distância da teoria quântica. Uma introdução básica de uma interpretação que tem estado presente nos meios de comunicação ´e uma importante contribuição para a formação inicial e continuada de professores de Física, principalmente quando se busca uma discussão mais conceitual sobre o tema.
Neste trabalho analisamos o fenômeno da interferência quântica no interferômetro de Mach Zehnder - um arranjo experimental análogo ao experimento das duas fendas, porém mais simples - sob a luz das principais escolas de interpretação da mecânica quântica. Embora fortemente inspirados pelo trabalho de Pessoa Jr. [1]-[3], damos especial ênfase à Interpretação dos Muitos Mundos ou Universos Paralelos, que experimenta um crescente interesse tanto por parte da comunidade científica quanto de leigos. A Interpretação dos Muitos Mundos é uma corrente da mecânica quântica para a qual, além do mundo do qual somos conscientes, há muitos outros mundos similares que existem em paralelo no espaço e ao mesmo tempo. A existência destes outros mundos torna possível a remoção da aleatoriedade e da ação à distância da teoria quântica. Uma introdução básica de uma interpretação que tem estado presente nos meios de comunicação é uma importante contribuição para a formação inicial e continuada de professores de Física, principalmente quando se busca uma discussão mais conceitual sobre o tema.
Neste trabalho, analisamos detalhadamente o fenômeno ondulatório da luz em um interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ) operando em regime clássico. Um dos principais objetivos do trabalho é dar suporte a futuras transposições para o IMZ em regime quântico. O IMZ é um arranjo experimental que apresenta uma releitura, mais moderna em termos tecnológicos, do experimento das duas fendas de Young [1] e tem sido extensivamente explorado em artigos da área de computação quântica e criptografia quântica [2] - áreas que se alicerçam nos fenômenos de superposição e de interferência quânticas - e em artigos de ensino de física para disciplinas introdutórias de física quântica (FQ) - área que propõe naturalmente uma reflexão sobre o problema conceitual da escolha dos caminhos pelo fóton [3-10]. Os resultados analíticos aqui apresentados foram utilizados na elaboração de um software educacional que simula a interferência nos regimes clássico e quântico e que está em plena utilização em cursos introdutórios de FQ no IF-UFRGS.
Neste trabalho, analisamos detalhadamente o fenômeno ondulatório da luz em um interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ) operando em regime clássico. Um dos principais objetivos do trabalho é dar suporte a futuras transposições para o IMZ em regime quântico. O IMZ é um arranjo experimental que apresenta uma releitura, mais moderna em termos tecnológicos, do experimento das duas fendas de Young [1] e tem sido extensivamente explorado em artigos da área de computação quântica e criptografia quântica [2] - áreas que se alicerçam nos fenômenos de superposição e de interferência quânticas - e em artigos de ensino de física para disciplinas introdutórias de física quântica (FQ) - área que propõe naturalmente uma reflexão sobre o problema conceitual da escolha dos caminhos pelo fóton [3-10]. Os resultados analíticos aqui apresentados foram utilizados na elaboração de um software educacional que simula a interferência nos regimes clássico e quântico e que está em plena utilização em cursos introdutórios de FQ no IF-UFRGS.
Neste trabalho, apresentamos um conjunto de atividades didáticas que podem ser utilizadas para explorar conceitos de Física Quântica a partir da simulação computacional do Interferômetro de Mach-Zehnder. Tais atividades foram desenvolvidas à luz de pressupostos da teoria da mediação de Vygotsky e da filosofia linguística de Bakhtin, durante uma pesquisa de doutorado. O conjunto de atividades faz parte de uma das etapas de reestruturação da simulação computacional, permitindo explorar, além da polarização da luz e os detectores demolição, os divisores de feixe com coeficientes variáveis e os detectores não-demolição. É possível simular, então, a interferência em regime clássico (fonte laser), em regime quântico (fótons únicos), os fenômenos intermediários de interferência quântica e o emaranhamento quântico. A compreensão desses fenômenos pelos estudantes não é trivial, uma vez que exige mudanças qualitativas profundas. A mediação realizada pelo software e atividades didáticas procura se constituir como um meio para que tais mudanças se estabeleçam. Essas atividades didáticas, cuja principal função é atuar como ferramentas mediadoras no processo de ensino-aprendizagem, podem servir como ponto de partida para abordagens mais fenomenológicas da Física Quântica (sem, necessariamente, se restringir a elas) tanto nos cursos de licenciatura quanto de bacharelado em Física.
Propriedades físicas associadas aos fenômenos de superposição e interferência quântica têm, ao passar dos anos, se mostrado em direta oposição com a nossa intuição clássica. Neste trabalho, à parte de uma breve revisão sobre as peculiaridades associadas aos fenômenosde superposição quântica e suas consequências, apresentamos e propomos um experimento original no contexto de interferência quântica com o qual introduzimos pela primeira vez a noção de 'Forças Anômalas' existentes em um contexto quântico. Em particular, discutimos como se torna possível que um objeto físico quântico adquira momento linear em um sentido 'errado', após ter interagido ou não com outro sistema físico conhecido dentro de um interfer ômetro. Mostramos como, nesse contexto, o efeito de superposição de uma força positiva (em um braço do interferômetro) e uma força nula (no braço alternativo) 'gera uma forçaresultante negativa' sobre um objeto físico. Quando essa noção é aplicada para dois elétrons dentro de um interferômetro, torna-se então possível simular uma atração elétrica entre dois elétrons em um contexto quântico. O trabalho aqui apresentado foi inspirado em um artigo publicado em 2013 por Aharonov et. al. [1], no qual os autores discutem a existência de uma pressão de radiação negativa de fótons em um espelho quântico. Nesse texto, argumentamos em como esse fenômeno aparentemente ilógico é possível, sendo derivado diretamente de propriedades contra intuitivas da interferência quântica, e propomos uma versão do experimento usando interferência com elétrons com o qual acreditamos que resultados análogos possam ser observados em laboratório.
A presente tese apresenta trabalhos realizados em três assuntos. O primeiro assunto tratado diz respeito a interferência quântica. Mostramos que uma partícula quântica em um interferômetro Mach-Zehnder, sob a ação de uma força positiva em um dos braços do interferômetro e uma força nula no outro, pode receber na média uma transferência de momento negativa quando sai do interferômetro por uma porta específica. Nesse cenário, um conjunto de partículas pode na média ganhar momento no sentido oposto ao da força aplicada devido a interferência quântica, um comportamento sem análogo clássico. Chamamos esse efeito de "interferência quântica de força", e apresentamos três possibilidades de implementação experimental para detectar tal efeito, com elétrons ou nêutrons em um interferômetro Mach-Zehnder, e com átomos de um condensado de Bose-Einstein. Em seguida discutimos o caso de dois elétrons propagando no mesmo interferômetro Mach-Zehnder e mostramos que, devido ao mesmo efeito de interferência quântica de força, os dois elétrons podem sofrer uma atração efetiva. O segundo assunto tratado é o desenvolvimento de uma proposta experimental para detectar interferência de Hanbury Brown e Twiss com elétrons se propagando no espaço livre. Recentemente surgiram dúvidas sobre experimentos do tipo realizados anteriormente, cujos resultados podem ser explicados como causados por repulsão Coulombiana ao invés de um efeito de interferência de duas partículas. Na nossa proposta, os dois efeitos podem ser diferenciados claramente, o que abre caminho para o desenvolvimento de uma técnica de imagem com fontes incoerentes de elétrons. Finalmente, o terceiro assunto diz respeito à derivação por primeiros princípios do momento trocado entre um fóton e um espelho quântico após o primeiro ser refletido pelo segundo. Para isso, usamos as condições de contorno impostas pela superfície do espelho sobre a equação de onda do fóton. Mostramos que o sistema em geral termina em um estado emaranhado, a menos que a incerteza em posição do espelho seja muito menor do que o comprimento de onda do fóton, caso em que o espelho se comporta classicamente. O nosso tratamento leva diretamente à conclusão de que o momento do fóton é ~k, e isso nos permite dar uma contribuição ao histórico debate Abraham Minkowski sobre o momento da luz em um meio material. A configuração que usamos revela o momento de Minkowski, em que o momento da luz é proporcional ao índice de refração do meio.