Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza

Apresentação em tema: "Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza"— Transcrição da apresentação:

1 Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza
Introdução à Quântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza A INFLUÊNCIA DO APARATO EXPERIMENTAL NA MEDIDA

2 Medidas em quântica Clássica: Onda = fenômeno emergente de uma coletividade.

3 Medidas em quântica Clássica: Onda = fenômeno emergente de uma coletividade. Quântica: Onda associada a uma única partícula. Ex: Experiência de Young jogando um elétron por vez.

4 Medidas em quântica Clássica: Onda = fenômeno emergente de uma coletividade. Quântica: Onda associada a uma única partícula. Ex: Experiência de Young jogando um elétron por vez. Dualidade Onda-Partícula.

5 Medidas em quântica Clássica: Onda = fenômeno emergente de uma coletividade. Quântica: Onda associada a uma única partícula. Ex: Experiência de Young jogando um elétron por vez. Dualidade Onda-Partícula. Mas o que determina o comportamento?

6 Medidas em quântica Clássica: Onda = fenômeno emergente de uma coletividade. Quântica: Onda associada a uma única partícula. Ex: Experiência de Young jogando um elétron por vez. Dualidade Onda-Partícula. Mas o que determina o comportamento? O aparato experimental.

7 O interferômetro de Mach-Zender
Um feixe é dividido em dois e depois recombinado.

8 O interferômetro de Mach-Zender
Um feixe é dividido em dois e depois recombinado. Diferença de fase entre os dois caminhos Interferência

9 O interferômetro de Mach-Zender
Um feixe é dividido em dois e depois recombinado. Diferença de fase entre os dois caminhos Interferência E se jogarmos um fóton por vez?

10 O interferômetro de Mach-Zender
Obtemos interferência! MZ1 MZ2 A.Aspect et al. Europhys.Lett , 1, 173, 1986.

11 O interferômetro de Mach-Zender
Obtemos interferência! Comportamento ondulatório do fóton! MZ1 MZ2 A.Aspect et al. Europhys.Lett , 1, 173, 1986.

12 Superposição Mas com quem o fóton interferiu?

13 Superposição Mas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!!

14 Superposição Mas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!! O fóton interfiriu consigo mesmo.

15 Superposição Mas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!! O fóton interfiriu consigo mesmo. O fóton está em uma superposição de estados!!

16 Superposição Mas com quem o fóton interferiu?
Há apenas um fóton por vez no interferômetro!! O fóton interfiriu consigo mesmo. O fóton está em uma superposição de estados!! Voltaremos a este ponto adiante.

17 A influência do aparato experimental na medida

18 A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes.

19 A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes. Os feixes não mais se recombinam. Podemos determinar a trajetória seguida pelo fóton.

20 A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes. Os feixes não mais se recombinam. Podemos determinar a trajetória seguida pelo fóton. Não há mais franjas de interferência!!

21 A influência do aparato experimental na medida
Tiremos o segundo divisor de feixes. Os feixes não mais se recombinam. Podemos determinar a trajetória seguida pelo fóton. Os dois arranjos descritos são complementares! Não há mais franjas de interferência!!

22 O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector.

23 O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado: Interferência!

24 O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado: Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há interferência.

25 O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado: Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há interferência. Física clássica: Medida revela algo pré-existente.

26 O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado: Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há interferência. Física clássica: Medida revela algo pré-existente. Física Quântica: Papel criativo do ato de medir.

27 O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado: Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há interferência. Física clássica: Medida revela algo pré-existente. Física Quântica: Papel criativo do ato de medir. Probabilidade ≠ Ignorância.

28 O papel de probabilidade em quântica
Em ambos os casos há 50% de chance do fóton atingir cada detector. 1o caso: Fóton em uma superposição de estado: Interferência! 2o caso: Medida determina a trajetória. Não há interferência. Física clássica: Medida revela algo pré-existente. Física Quântica: Papel criativo do ato de medir. Probabilidade ≠ Ignorância. Medida enquanto projeção.

29 A experiência da escolha retardada
Mas quando a luz decide se ela se comporta como onda ou como corpusculo?

30 A experiência da escolha retardada
Mas quando a luz decide se ela se comporta como onda ou como corpúsculo? Tentemos enganar a luz!

31 A experiência da escolha retardada
Tentemos enganar a luz. Deixemos para a última hora a escolha de deixar ou não o segundo divisor de feixes.

32 A experiência da escolha retardada
Vimos que neste caso a luz se comporta como onda.

33 A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo. Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes.

34 A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo. Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes. Não conseguimos enganá-la  Ela se comporta como onda…

35 A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo. Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes. Não conseguimos enganá-la  Ela se comporta como onda… Violação da causalidade?

36 A experiência da escolha retardada
Neste caso a luz se comporta como corpúsculo. Já com o fóton no interferômetro, coloquemos o segundo divisor de feixes. Não conseguimos enganá-la  Ela se comporta como onda… Violação da causalidade? Não! Natureza ativa da medida!!

37 O efeito Zenão quântico

38 O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”.

39 O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico.

40 O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico. O ato de observar pode retardar o processo.

41 O efeito Zenão quântico
Conhecimento popular: “Se ficarmos observando a água na chaleira ela nunca ferve”. Isto pode ser verdade no mundo quântico. O ato de observar pode retardar o processo. No limite de observação contínua pode pará-lo completamente!

42 O efeito Zenão quântico
A experiência: Considere um átomo de dois níveis, e e g.

43 O efeito Zenão quântico
A experiência: Considere um átomo de dois níveis, e e g. Em t=0 ele está no estado excitado.

44 O efeito Zenão quântico
A experiência: Considere um átomo de dois níveis, e e g. Em t=0 ele está no estado excitado. Em algum momento ele emitirá um fóton e voltará ao seu estado fundamental.

45 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1).

46 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1). 0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados.

47 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1). 0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados. t=T: Átomo no estado fundamental com certeza.

48 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1). 0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados. t=T: Átomo no estado fundamental com certeza. Façamos uma medida em t=T/2. Suponha que encontremos o átomo ainda no estado excitado.

49 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1). 0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados. t=T: Átomo no estado fundamental com certeza. Façamos uma medida em t=T/2. Suponha que encontremos o átomo ainda no estado excitado. Façamos, então, uma medida em t=T. Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no estado excitado?

50 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1). 0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados. t=T: Átomo no estado fundamental com certeza. Façamos uma medida em t=T/2. Suponha que encontremos o átomo ainda no estado excitado. Façamos, então, uma medida em t=T. Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no estado excitado? É diferente de zero!!

51 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1). 0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados. t=T: Átomo no estado fundamental com certeza. Façamos uma medida em t=T/2. Suponha que encontremos o átomo ainda no estado excitado. Façamos, então, uma medida em t=T. Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no estado excitado? É diferente de zero!! A primeira medida zerou o cronômetro!

52 O efeito Zenão quântico
Temos a seguinte situação: t=0: Átomo no estado excitado com certeza (P=1). 0<t<Temissão: Átomo em uma superposição de estados. t=T: Átomo no estado fundamental com certeza. Façamos uma medida em t=T/2. Suponha que encontremos o átomo ainda no estado excitado. Façamos, então, uma medida em t=T. Qual a probabilidade de encontrarmos o átomo no estado excitado? É diferente de zero!! A primeira medida zerou o cronômetro! PAPEL ATIVO DA MEDIDA!

53 O efeito Zenão quântico
Quanto mais medidas, menor a probabilidade de encontrarmos o sistema no fundamental em t=T. Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

54 O efeito Zenão quântico
Quanto mais medidas, menor a probabilidade de encontrarmos o sistema no fundamental em t=T. Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes. Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

55 O efeito Zenão quântico
Quanto mais medidas, menor a probabilidade de encontrarmos o sistema no fundamental em t=T. Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes. A função de onda que continha uma superposição colapsa em uma de suas componentes. Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

56 O efeito Zenão quântico
Quanto mais medidas, menor a probabilidade de encontrarmos o sistema no fundamental em t=T. O problema do colapso da função de onda é ainda discutido em fundamentos da física. Ao medirmos eliminamos a super-posição e a projetamos em uma de suas componentes. A função de onda que continha uma superposição colapsa em uma de suas componentes. Itano et al. phys.rev A 41, 2295, 1990.

57 O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica.

58 O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica. Mas o que é observar?

59 O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica. Mas o que é observar? “A que distância dos meus olhos eu devo colocar os óculos para que eles passem a fazer parte do aparato experimental e não do observador?” John Bell

60 O colapso da função de onda
O papel do observador em física quântica. Mas o que é observar? “A que distância dos meus olhos eu devo colocar os óculos para que eles passem a fazer parte do aparato experimental e não do observador?” John Bell A observação não necessita ser feita por uma pessoa. É qualquer agente físico que interaja com o fenômeno.

61 Comentários finais Vimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica. Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana)

62 Comentários finais Vimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica. Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana) A medida desempenha um papel fundamental no experimento.

63 Comentários finais Vimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica. Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana) A medida desempenha um papel fundamental no experimento. Ignorância vs. criação de conhecimento.

64 Comentários finais Vimos que:
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica. Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana) A medida desempenha um papel fundamental no experimento. Ignorância vs. criação de conhecimento. Exemplos: Experimento da escolha retardada Efeito Zenão Quântica.

65 Comentários finais Vimos que: E concluímos que
É fundamental determinarmos o aparato experimental para que possamos falar qualquer coisa em quântica. Dualidade onda-partícula (complementaridade bohriana) A medida desempenha um papel fundamental no experimento. Ignorância vs. criação de conhecimento. Exemplos: Experimento da escolha retardada Efeito Zenão Quântica. E concluímos que

66 Obrigado pela presença
Em quântica o Aquiles perde da tartaruga…