O que é quantum?


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Ondas? Partículas? Quanta!!

Objetos quânticos possuem um comportamento que conflita com nosso cotidiano de objetos macroscópicos. Nós distinguimos três modelos comuns que são frequentemente usados para descrever certos aspectos da realidade.

 

TeilchenO modelo de partícula

 

Partículas são frequentemente representadas como esferas a fim de visualizar objetos pequenos ou pontuais com limites bem definidos. Sua distinguibilidade pode ser representada por diferentes cores. Partículas clássicas podem ser contadas e localizadas. Em qualquer momento, elas estão em um determinado ponto do espaço, a princípio conhecido. Elas também possuem um momento bem definido. Dentro do modelo da mecânica Newtoniana, nós podemos fazer predições precisas, como, por exemplo, predizer a posição da partícula no futuro se nos são dadas as condições iniciais exatas.

 

Ondas

WelleOndas são fenômenos periódicos que se estendem no espaço. No modelo de ondas clássicas, sua intensidade pode ser modificada continuamente. Na prática, mesmo as ondas clássicas são compostas de muitas partículas individuais. Uma mesma onda pode representar diferentes partículas que estão em diferentes localidades e viajando com diferentes momentos.  Quando duas ondas parciais se superpõem, o encontro das duas cristas de onda leva a uma crista de onda maior (interferência construtiva). Quando uma crista se sobrepõe com um vale, as duas ondas se cancelam (interferência destrutiva).

 

Física Quântica

Em física quântica nós não podemos atribuir uma posição precisa ou a direção exata da partícula. Entretanto, a probabilidade de achar um objeto quântico em uma posição \(x\) com momento \(p\) pode ser predito através do módulo ao quadrado da função de onda quântica \(|\psi(x,p)|^2\).

Em um determinado tempo, esta probabilidade pode assumir valores diferente de zero em diversas posições diferentes. Neste caso nós dizemos que o objeto está deslocalizado e nós não podemos atribuir uma posição bem definida no espaço.

Interessantemente, entretanto, em qualquer medida de posição desse objeto quântico nós achamos um e todo o objeto. Suas propriedades, como massa, energia, carga e polarização são sempre unidas neste único objeto – não está diluído ou espalhado sobre grandes áreas do espaço.

Modelo: Detectores:

Em um caminho livre, objetos quânticos propagam de acordo com equação de onda de Schröndiger. Entretanto, eles interagem com seu ambiente como partículas totalmente intactas.

Em nosso laboratório você pode criar um feixe de moléculas e observar a chegada das moléculas no detector, uma por uma. Qual dos três modelos descrevem melhor a observação?

Desafio experimental: primeira detecção de moléculas

Vá ao laboratório e siga as intruções. Ao terminar, retorne nesta página e avance ao próximo tópico.

 

Modelos

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