Moléculas atravessando uma dupla fenda


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O experimento da dupla fenda é um dos mais conhecidos na área da Física. Nele, partículas são emitidas na direção de uma anteparo (barreira), onde foi feito uma dupla fenda (fendas vizinhas e verticais), atrás deste anteparo há um detector captando a chegada de cada partícula que passa pelas fendas. O tipo da fonte varia com o tipo de partícula emitida, como fótons, elétrons, neutrons, átomos e grandes moléculas. O detector é feito de um material que reage com a partícula e marca o local exato de contato entre eles.

Você consegue adivinhar qual será a distribuição de partículas no detector?

Para estudar este experimento, vamos variar somente a distância entre as fendas e manter constante o restante dos materias, como fonte e detector:

  1. A distância entre as fendas é muito maior que o comprimento de onda da partícula:
    • Quando um conjunto de partículas, como os elétrons, estão sendo emitidos na trajetória de uma dupla fenda, na qual a distância entre as fendas é muito maior que o comprimento de onda da partícula, você verá pontos claros chegando no detector randomicamente ao longo do tempo, que mimetizão a dupla fenda, ou seja, mesmo que você não veja a dupla fenda, você pode predizer as dimensões dela no detector. Como na imagem abaixo:doubleSlit_particle
  2. A distância entre as fendas é próximo do comprimento de onda da partícula:
    • Para ondas eletromagnéticas, como a luz, nós esperamos um padrão de interferência como uma superposição de duas ondas parciais difratadas logo atrás da dupla fenda, quando a distância entre as fendas é próximo do comprimento de onda da luz:doubleSlit_wave
    • Agora, quando repetimos o primeiro experimento com elétrons e mudamos a distância da dupla fenda até que fique próximo do comprimento de onda da partícula, ocorre um padrão de interferência quântica, onde vemos a dualidade onda-particula aparecer. Como partículas clássicas, nós identificamos os objetos individualmente chegando ao detector, por exemplo, usando fluorescência. Porém, mesmo quando as partículas viajam independente uma da outra através do aparato, a imagem do conjunto é semelhante ao comportamentos de interferência de ondas, como visto anteriormente.
      doubleSlit_quantum

 

Extra: O que a função de onda significa?

O aplicativo abaixo mostra a distribuição da intensidade de uma onda atrás da dupla fenda em uma tela. Você pode abrir ou fechar as fendas “A” ou “B” e monitorar a distribuição de intensidade. Mude o comprimento de onda e veja a influência na distribuição de intensidade.

Comprimento de onda \(\lambda\) - +
Distância A-B - +
Abertura da fenda - +
Fenda A
Fenda B
Extra: Imagem de difração atrás da fenda dupla.

 

Desafio experimental: Moléculas viajando pela dupla fenda

Vá ao laboratório e siga as instruções. Quando você terminar, retorne a esta página e continue.