The virtual double-slit experiment to the High School level (Part II): a quantum analysis of behavior corpuscular and wave aspect of the light

Caderno Brasileiro de Ensino de Física

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Title The virtual double-slit experiment to the High School level (Part II): a quantum analysis of behavior corpuscular and wave aspect of the light
O experimento virtual da dupla fenda ao nível do ensino médio (Parte II): uma análise quântica do comportamento corpuscular e ondulatório da luz
 
Creator Ferreira, Danilo Cardoso
de Souza Filho, Moacir Pereira
 
Subject Physics Teaching
Quantum Mechanics; the Double-Slit Experiment; Physics Teaching
Ensino de Física
Mecânica Quântica; Experimento da Dupla Fenda; Ensino de Física
 
Description This work analyzes the virtual double slit experiment and it has been divided into two parts: Part I, which dealt with the classical behavior analysis (corpuscular and wave) and Part II (this article) addresses the quantum behavior of light (photons). The methodology process has been divided into three (3) steps: (i) First, we analyze based on the use of virtual experiments, the behavior of a beam of light across a wall with two slits. In this case, it is light shows interference. (ii) Then, we use the same experiment, but in this situation with individual photons. The photons behave like waves and show interference, such as before. (iii) Finally, to find out what was happening, put a detector near the cracks. In this situation, strangely, the photons behave like particles (corpuscles). In order to explain these results, we use the notation of brackets proposed by Paul Dirac (1902-1984) that allows us to represent the state vectors, which allow us to show, mathematically, what happens in the double slit experiment with quantum objects. Due to the mathematical complexity (for high school) intrinsic to the notation of Dirac we proposed a sort of "translation" of this mathematical resource for this level. We believe that this device could be useful for understanding other concepts of quantum mechanics, such as spin 1/2 and two-tier systems’.
Nosso trabalho analisa o experimento virtual da dupla fenda e está dividido em duas partes: a Parte I (publicada) que tratou da análise clássica do comportamento (corpuscular e ondulatório) e a Parte II (o presente artigo) que aborda o comportamento quântico da luz (fótons). Nosso processo metodológico se dividiu em 3 (três) etapas: (i) analisamos, primeiramente, com o auxílio de experimentos virtuais, o comportamento de um feixe de luz que atravessou uma parede com duas fendas. Neste caso, percebe-se que a luz sofre interferência. (ii) Em seguida, utilizamos o mesmo experimento, mas agora com fótons individuais. Os fótons se comportam como ondas e sofrem interferência, como antes. (iii) Finalmente, para descobrir o que estava acontecendo, colocamos um detector próximo às fendas. Nesta situação, estranhamente, os fótons se comportaram como partículas (corpúsculos). Com o objetivo de explicar estes resultados, utilizamos a notação de brackets proposta por Paul Dirac (1902-1984) que nos permite representar os vetores de estado, os quais nos propiciam mostrar, matematicamente, o que ocorre no experimento da dupla fenda com objetos quânticos. Devido à complexidade matemática (para o ensino médio) intrínseca à notação de Dirac fizemos uma espécie de “tradução” deste recurso matemático para este nível de ensino. Acreditamos que este artifício poderá ser útil para a compreensão de outros conceitos da mecânica quântica, tais como spin 1/2 e sistemas de dois níveis.
 
Publisher Imprensa Universitária - UFSC
 
Contributor CAPES
CAPES
 
Date 2019-05-13
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion

 
Format application/pdf
 
Identifier https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/2175-7941.2019v36n1p302
10.5007/2175-7941.2019v36n1p302
 
Source Caderno Brasileiro de Ensino de Física; v. 36, n. 1 (2019); 302-329
2175-7941
1677-2334
 
Language por
 
Relation https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/2175-7941.2019v36n1p302/39941
 
Rights Direitos autorais 2019 Caderno Brasileiro de Ensino de Física
 

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