Este trabalho apresenta os resultados de uma investigação sobre as concepções de futuros professores de física acerca da dualidade onda-partícula. Para tanto, foi necessário elaborar, validar e aplicar um instrumento constituído de 16 questões objetivas envolvendo o efeito fotoelétrico, o experimento de dupla-fenda e o interferômetro de Mach- Zehnder. Os resultados mostraram que a maioria dos estudantes tem dificuldades em reconhecer em quais situações os objetos quânticos (fótons e elétrons) apresentam um comportamento tipicamente corpuscular ou ondulatório.
Este trabalho apresenta os resultados de uma investigação sobre as concepções de futuros professores de física acerca da dualidade onda-partícula. Para tanto, foi necessário elaborar, validar e aplicar um instrumento constituído de 16 questões objetivas envolvendo o efeito fotoelétrico, o experimento de dupla-fenda e o interferômetro de Mach- Zehnder. Os resultados mostraram que a maioria dos estudantes tem dificuldades em reconhecer em quais situações os objetos quânticos (fótons e elétrons) apresentam um comportamento tipicamente corpuscular ou ondulatório.
Este trabalho apresenta os resultados de uma investigação sobre as concepções de futuros professores de física acerca da dualidade onda-partícula. Para tanto, foi necessário elaborar, validar e aplicar um instrumento constituído de 16 questões objetivas envolvendo o efeito fotoelétrico, o experimento de dupla-fenda e o interferômetro de Mach- Zehnder. Os resultados mostraram que a maioria dos estudantes tem dificuldades em reconhecer em quais situações os objetos quânticos (fótons e elétrons) apresentam um comportamento tipicamente corpuscular ou ondulatório.
Apresentamos um recurso eletrônico destinado a apoiar o ensino e facultar o estudo independente da dualidade onda-partícula na física quântica. Seguindo outros autores, escolhemos o interferômetro de Mach-Zehnder como ilustração conveniente dos conceitos. O material está organizado em "objeto de aprendizagem", cujo elemento central é uma animação interativa e comentada. Textos auxiliares apresentam o formalismo matemático subjacente bem como informações de caráter histórico, epistemológico e experimental. Três níveis de descrição são considerados sucessivamente na animação. O primeiro mostra o feixe na aproximação da óptica geométrica, enquanto o segundo analisa os aspectos puramente ondulatórios. O terceiro nível apresenta a visão corpuscular quântica, introduzindo pacotes de ondas associados a fótons individuais e explicitando a relação entre contagem e função de onda. A inserção de um detector num dos braços do instrumento permite discutir a clássica questão do caminho seguido pelo fóton. A animação apresenta visualizações dos ingredientes que fundamentam as descrições teóricas, tais como frentes de onda, deslocamentos de fase, sobreposições e separações de pacotes em componentes. Levando ao pé da letra a interpretação mais usual da mecânica quântica, exibimos na tela do computador o "colapso do estado" induzido pela observação. Acreditamos que tais visualizações teórico-conceituais complementam proveitosamente a simulação realista do dispositivo experimental desenvolvida por outros autores.
Nessa investigacao cientifica, a proposta tem fundamentacao teorica nos campos conceituais de Gerard Vergnaud. Segundo o autor, o conhecimento so ocorre ao longo de um periodo de tempo, atraves de experiencias, maturidade e aprendizagem, vivenciados pelo proprio sujeito e, por isso, organizado em campos conceituais. De acordo com esse referencial, o aprendizado ocorre quando se adquirem, de forma integrada, representacoes, invariantes operatorios e situacoes onde se apliquem o conceito. Por isso, o nosso objetivo de investigar principalmente a aquisicao simultânea de representacoes e invariantes operatorios, durante o uso de simulacoes sobre o fenomeno da dualidade onda-particula no experimento da dupla fenda. Desta forma, destacamos quatro delas: a) Interpretacao Ondulatoria; b) Interpretacao de coletivos estatisticos (corpuscular); c) Interpretacao da duplasolucao; e d) Interpretacao da complementaridade. Desse modo, os experimentos produzem resultados intrinsecamente diferentes se o seu “setup” se altera. Quando ha a possibilidade de dois caminhos para o objeto quântico, ha o surgimento de um padrao de interferencia e a necessidade de se atribuir caracteristicas ondulatorias ao objeto quântico. Quando o setup se altera, para, por exemplo, permitir a deteccao do “caminho” percorrido pelo objeto quântico, nao ocorre a interferencia e o objeto quântico se porta de forma corpuscular. Estes experimentos contemporâneos permitem que o estudante tenha contato com situacoes que sao estudadas na area da mecânica quântica de forma bastante intuitiva. As simulacoes supracitadas irao, portanto, serem utilizadas como experimentos virtuais por estudantes de nivel medio e expondo-lhes as situacoes em que, de acordo com a interpretacao de Bohr, como um objeto quântico pode ser interpretado, e, portanto determinar a formacao do conceito de dualidade onda-particula. Durante todo o desenvolvimento da pesquisa, teremos tres focos: a) foco na representacao (ondas ou corpusculos); b) foco nos invariantes (a simulacao); e c) foco na situacao (experimentos quânticos). O metodo a ser utilizado sera uma combinacao de questoes compostas de questoes abertas sobre situacoes-problemas (pre e pos-testes) utilizando-se o protocolo Think aloud. Esperamos assim, com essa pesquisa, investigar o aprendizado nos moldes de conceitos cientificos e tornar a ferramenta um instrumento potencial na formacao dos estudantes, tanto do ensino medio ou universitario.
O fóton, uma partícula sem massa e sem carga, há muito tempo deixa os físicos perplexos devido à sua natureza dupla de onda e partícula. No início do século XX, foi demonstrado que o fóton, assim como outras partículas, exibe simultaneamente comportamentos de onda e de partícula. Este artigo tem como objetivo explorar a interação dos fótons com a matéria e abordar questões relativas à sua relação. Pesquisas experimentais revelam interações significativas entre fótons, especialmente em frequências mais altas, e vários materiais, exemplificadas por fenômenos como os efeitos fotoelétrico e Compton, bem como a produção de pares. Embora esses exemplos sejam peculiares à física quântica e possam parecer distantes da nossa realidade, o estudo baseia-se no trabalho de pesquisadores da Universidade de Brasília (UnB), que utilizaram interações fóton-matéria no tratamento de feridas de pé diabético, ilustrando como o conhecimento quântico pode salvar e melhorar vidas. Essa abordagem interdisciplinar ressalta não apenas a existência dessa relação, mas também a implementação prática da física quântica na sociedade.
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.
A proposta do presente trabalho é analisar o experimento da Escolha Retardada através de um experimento idealizado utilizando um interferômetro de Mach-Zehnder aliado a uma partícula quântica de prova como controladora do resultado: padrão de interferência ou comportamento corpuscular. Inicialmente, estudamos a proposta original do experimento da escolha retardada e também como o aparato se encaixa como modelo de um experimento análogo ao de dupla fenda. Dentro desse contexto, também analisamos os conceitos de partícula e onda e a sua relação com o princípio de complementaridade de Bohr. Mostramos como a extensão para um experimento de escolha retardada quântica pode ser feita no contexto de interferômetros de Mach-Zehnder. As conclusões gerais são de que os comportamentos ondulatório e corpuscular devem ser associados às distribuições de probabilidades resultantes e que estes emergem no contexto do experimento de escolha retardada quântica através de uma correlação entre os resultados da partícula principal e da partícula auxiliar.