A experiência mais bonita da física quântica:app bwin download

Luis De Broglie se baseou na definição que já existiaapp bwin downloadfótons: que eram as partículas que compõem a luz (na física clássica, uma onda) que se comportavam como partículas.

Assim, sabia-se que a massa dos fótons era zero, queapp bwin downloadvelocidade era a da luz e que eles tinham um impulso associado ao comprimentoapp bwin downloadonda dessa luz (comprimentoapp bwin downloadonda é uma característica das ondas que nos diz a que distância a onda volta a se repetir).

De Broglie pensou que se a luz podia se comportar como uma partícula e ter um impulso associado ao seu comprimentoapp bwin downloadonda, os elétrons poderiam se comportar como ondas e ter um comprimentoapp bwin downloadonda associado ao seu impulso.

Ele definiu o comprimentoapp bwin downloadondaapp bwin downloadDe Broglie, "a onda da partícula", como a constanteapp bwin downloadPlanck (um número muito pequeno, característico do mundo atômico) dividida pelo impulso da partícula.

Esta ideia não estava baseadaapp bwin downloadnenhum cálculo ou evidência. Era uma hipótese que precisava ser provada.

O experimento das duas fendas para luz

O experimento das duas fendas é uma experiência realizada no início do século 19 pelo físico inglês Thomas Young, com o objetivoapp bwin downloadapoiar a teoriaapp bwin downloadque a luz era uma onda e rejeitar a teoriaapp bwin downloadque a luz era composta por partículas.

Young lançou um feixeapp bwin downloadluz por duas fendas e viu que se produzia um padrãoapp bwin downloadinterferência sobre uma tela, uma sérieapp bwin downloadlistras brilhantes e escuras alternadas.

Este resultado seria inexplicável se a luz fosse composta por partículas, pois deveriam ser observadas apenas duas faixasapp bwin downloadluz na frente das fendas, mas é facilmente interpretável supondo que a luz seja uma onda e que sofra interferências.

Posteriormente, este experimento foi considerado na física quântica para demonstrar o comportamento ondulatórioapp bwin downloadpartículas muito pequenas, na escala dos átomos.

O experimento pode ser feito com elétrons, átomos ou nêutrons, produzindo padrõesapp bwin downloadinterferência semelhantes aos obtidos quando é realizado com luz. Isso mostra, portanto, esse comportamento ondulatório das partículas.

O experimento das duas fendas para elétrons

Vamos ver o que acontece no experimento das duas fendas se,app bwin downloadvezapp bwin downloadum feixeapp bwin downloadluz, tivermos um feixeapp bwin downloadelétrons.

Estes elétrons podem ser lançados com qualquer velocidade que desejarmos, acelerando-os por meioapp bwin downloaduma diferença no potencial elétrico.

Como podemos escolher a velocidade destes elétrons e o comprimentoapp bwin downloadDe Broglie depende da velocidade, estamos na verdade escolhendo o comprimentoapp bwin downloadonda destes elétrons.

No entanto, a construçãoapp bwin downloaduma fenda dupla para o caso dos elétrons não é nada fácil. Só muitos anos depoisapp bwin downloada ideia ter sido proposta é que este experimento pôde ser realizado.

Em 1961, Claus Jönsson acelerou um feixeapp bwin downloadelétrons por meioapp bwin download50 mil volts e passou este feixe por duas fendas com espaçamento e largura muito pequenos.

Primeiro, o feixeapp bwin downloadelétrons foi lançado por uma única fenda, e eles foram contados à distância com detectores. Os detectores que estavam diante da fenda contaram muito mais elétrons.

Em seguida, outra fenda foi feita, com a qual se observou altos e baixos na contagemapp bwin downloadelétronsapp bwin downloadacordo com a posição dos detectores.

Ou seja, havia detectores na altura da primeira fenda que recebiam menos elétrons quando havia duas fendas, do que quando havia uma.

A primeira coisa que pensaram é que era por causa da carga dos elétrons. Com carga negativa, estes elétrons podiam se repelir enquanto viajavam juntos no feixe.

Para comprovar isso, eles lançaram elétrons um a um com as duas fendas abertas, e o mesmo resultado foi obtido. Por isso, eles chegaram à conclusãoapp bwin downloadque estes altos e baixos indicavam que os elétrons haviam sofrido interferência e, portanto, possuíam propriedadesapp bwin downloadondas.

O padrão das interferências das duas fendas fotografado por Jönsson tinha semelhanças com os padrões das duas fendas obtidos com fontesapp bwin downloadluz, reforçando a evidência a favor da natureza ondulatória das partículas.

Ao mesmo tempo, outros experimentos foram feitos com partículas que chegaram à mesma conclusão: elas tinham propriedadesapp bwin downloadonda. Isso não era explicável a partir do pontoapp bwin downloadvista da física clássica,app bwin downloadmodo que seria parteapp bwin downloadum grande ramo da física moderna, a física quântica.

O experimento impossívelapp bwin downloadmedir

Vamos fazer uma estimativa da ondaapp bwin downloadDe Broglie associada ao elétron. Se o elétron se move a uma velocidade próxima à da luz, por exemplo 0,6 vezes a velocidade da luz, seu comprimentoapp bwin downloadonda associado éapp bwin downloadaproximadamente 3 picômetros, um comprimentoapp bwin downloadonda muito pequeno, mas mensurável, dentro do espectro dos raios X ou gama.

Agora, vamos calcular o comprimentoapp bwin downloadondaapp bwin downloadDe Broglieapp bwin downloadum carro que pesa 1.000 kg e se move a uma velocidadeapp bwin download100 metros por segundo. O comprimentoapp bwin downloadonda associado a este carro éapp bwin download6,6 x 10⁻³⁹ m, que é tão pequeno que é impossívelapp bwin downloadmedir.

Portanto, não há experimento que possa mostrar a natureza ondulatóriaapp bwin downloadobjetos macroscópicos. Somente quando você penetra dentro do átomo para fazer experimentos com partículas atômicas e nucleares é possível observar o comprimentoapp bwin downloadondaapp bwin downloadDe Broglie, o comprimentoapp bwin downloadonda das partículas.

* Manuel D. Barriga-Carrasco é professor da Escola Técnica Superiorapp bwin downloadEngenheiros Industriais da Universidadeapp bwin downloadCastilla-La Mancha, na Espanha.

Este artigo foi publicado originalmente no siteapp bwin downloadnotícias acadêmicas The Conversation e republicado aqui sob uma licença Creative Commons. Leia aqui a versão original (em espanhol).

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