Natureza Dual da Matéria Experimentos de Física Quântica – LAB1 Natureza Dual da Matéria

Comportamento Ondulatório Interferência Difração

Comportamento Corpuscular colisões trajetórias

Luz: Dualidade Onda-Partícula “ There are therefore now two theories of light, both indispensable, and … without any logical connection.” (Einstein 1924) Natureza Ondulatória Difração Interferência Natureza Corpuscular Efeito Fotoelétrico Efeito Compton Luz exibe fenômenos de difração e interferência que só podem ser explicados em termos das propriedades ondulatórias. Luz é sempre detectada em pacotes (fótons); nunca se pode observar meio pacote. Número de fótons proporcional à E2.

λ = h/p Postulado de de Broglie comprimento de onda de 1924: Matéria também exibe características ondulatórias (Nobel 1929) A cada objeto material (ex. um elétron) está associada uma onda que governa o seu movimento. comprimento de onda de de Broglie da matéria: λ = h/p

Comprimento de Onda de de Broglie Ex 1: Bola de futebol com m = 2,0 kg, v=10 m/s muito pequeno!!! regime da óptica física  ~ b

Comprimento de Onda de de Broglie Ex 1: Bola de futebol com m = 2,0 kg, v=10 m/s Ex 2: um elétron com T= 100 eV muito pequeno!!! distâncias interatômicas!!!

Difração de elétrons Davisson e Germer (1927), Thomson (1927) 1924 Post. de de Broglie 1927 exp. de Davisson, Germer, exp. de Thomson 1929 Nobel p/ de Broglie 1937 Nobel p/ Davisson, Thomson C. J. Davisson G. P. Thomson

O experimento de Davisson e Germer 1927 – Davisson and Germer: difração de um feixe de elétrons por um cristal de níquel

O experimento de Davisson e Germer

O experimento de Thomson

Experimento de Difração de Elétrons

Experimento de Difração de Elétrons

Experimento de Difração de Elétrons

Interferência de fenda dupla Fenda dupla com luz - T.Young 1801

Interferência de fenda dupla Plane wave d Maior d Fendas afastadas Máximos próximos Menor d Fendas próximas Máximos distantes www.phy.ntnu.edu.tw/java/doubleSlit/doubleSlit.html

d = distância entre fendas Interferência de fenda dupla d = distância entre fendas q Onda incidente l Intensidade na tela diferença de caminho

Experimento de fenda dupla: com corpos

Experimento de fenda dupla: elétrons

Experimento de fenda dupla: elétrons 1961 Grande número de elétrons atravessando uma fenda dupla produz uma figura de difração: onda Cada elétron atinge a tela separadamente: partícula Elétrons possuem carga e massa indivisíveis: fechando uma das fendas subtamente não é possível cortar o elétron ao meio: partícula Grande número de elétrons passando por duas fendas abertas simultaneamente: depois de muitas contagens formam um padrão de difração (onda) O comportamento dos elétrons é governado por leis probabilísticas (onda)

Dualidade Onda-Partícula

Princípio de Complementaridade

Experimento Gedanken

Experimento Gedanken

Experimento Gedanken

Larger a Slits farther Maxima closer Smaller a Slits closer Experimento de fenda única http://webphysics.ph.msstate.edu/javamirror/ipmj/java/slitdiffr/index.html http://www.lightlink.com/sergey/java/java/slitdiffr/index.html Larger a Slits farther Maxima closer Smaller a Slits closer Maxima farther

Experimento Gedanken

Experimento de Difração de Elétrons

Princípio da Incerteza

Modelos Atômicos

Experimento de fenda única q a = slit width Fenda Única a Onda incidente l