Física Quântica


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O que é física quântica?

Em Latim, a palavra “quantum” significa “quanto”. Em nosso cotidiano, quantum significa “uma pequena porção”. Originalmente, a física quântica recebeu este nome por causa das pequenas quantidades de energia que são trocadas na interação entre a luz (fótons) e átomos. Desde seu começo em 1900, a física quântica se desenvolveu em uma teoria abrangente, a qual vem sido confirmada através de vários experimentos e com altíssima precisão.

A física quântica moderna compreende diversos fenômenos que surpreendem nosso senso comum uma vez que não os observamos diretamente em nossa vida diária:

Superposição quântica
Saltos quânticos
Spin quântico
Tunelamento quântico
Indistinguibilidade quântica e estatística quântica
Aleatoriedade quântica
Enovelamento quântico

Este aprendizado foca no primeiro aspecto: A natureza onda-partícula de partículas pesadas, como moléculas grandes e complexas.cropped-pic69.jpg

O nascimento das ondas de matéria

Em 1923, Louis de Broglie formulou a idéia que todas as partículas materiais deveriam também ser descritas pela dualidade onda-partícula, similar ao quanta de luz. Sua hipótese foi baseada na teoria da relatividade especial de Einstein da equivalência energia-massa (\(E=mc^2\)) assim como a relação entre energia e frequência que foi descoberta para os fótons na física quântica (\(E=h \nu\)). Estas duas equações podem ser combinadas para predizer que cada objeto está associado a um fenômeno de onda, no qual o comprimento de onda \(\lambda_dB=h/mv\) é definido pela constante de Planck “\(h\)” (ou quantum de ação de Planck), massa “\(m\)” e velocidade “\(v\)” da partícula.

Mesmo os elétrons que eram considerados como partículas pontuais e com uma massa bem definida, deveriam portanto terem localização e momento atribuídos como uma função de onda deslocalizada, que nós interpretamos hoje como uma amplitude de probabilidade. A difração e interferência de elétrons foram logo observados por Clinton Davisson e Lester Germer nos laboratórios Bell assim como por George Paget Thomson e A. R. Reid na Universidade de Aberdenn.

As idéias de De Broglie inspiraram Erwin Schrödinger em 1926 a introduzir o que começou a ser conhecido como as equações de Schrödinger, fórmula central da mecânica quântica ondulatória. Isto se tornou o pilar da ciência quântica moderna e as bases para uma teoria da natureza altamente precisa.

Enquanto isso, a física da ondas de matéria encontrou seu caminho em muitas tecnologias modernas, incluindo microscopia eletrônica, aparelhos de interferência supercondutores (SQUIDS) com aplicações em sensores de campo magnético ultra-sensíveis, espalhamento de nêutrons utilizado em ciências dos materiais ou interferômetros atômicos utilizados como sensores precisos para aceleração gravitação e rotacional.

Nossa plataforma oferece uma abordagem interativa para os experimentos da matéria ondulatória com moléculas complexas na Universidade de Viena. Eles são conduzidos por duas motivações:

  1. Nós entendemos porque observamos diferentes fenômenos no mundo microscópico e no mundo macroscópico? O que governa essa transição? Como elétrons e moléculas grandes podem estar deslocalizados, mas eu e você não?
  2. Se nós entendermos como escalonar fenômenos quânticos para corpos complexos: poderemos utilizar isso em tecnologias avançadas? Para medidas precisas de forças e propriedades de partículas?