P. 1Aula 2 - Experiências com elétronsAula 2 - Experiências com elétronsRatings: (0)|Views: 3|Likes: 0Published by Adriano SilvaMore info:Published by: Adriano Silva on Apr 29, 2013Copyright:Attribution Non-commercialAvailability:Read on Scribd mobile: iPhone, iPad and Android.download as PDF, TXT or read online from ScribdFlag for inappropriate content|Add to collectionSee moreSee lesshttps://www.scribd.com/doc/138511776/Aula-2-Experiencias-com-eletrons02/25/2015pdftextoriginal o b j e t i v o s
Pré-requisitos Meta da aula
Descrever uma experiência de interferência por umafenda dupla com partículas quânticas.• analisar o comportamento de elétrons ao passar por uma fendadupla;• comparar este comportamento com o de projéteis e ondas, descritosna aula anterior desta disciplina;• introduzir o conceito de interferência de elétrons.Para uma melhor compreensão desta aula, é importantea revisão dos seguintes conteúdos: interferência por uma fenda duplacom ondas (Aula 8 de Física 4A); fótons e dualidade onda-partícula(Aula 8 de Física 4B); ondas de matéria e o comprimentode onda de de Broglie (Aula 9 de Física 4B).
| Experiências com elétrons
Vamos ver agora o que acontece quando realizamos o mesmoexperimento de fenda dupla, mas agora com elétrons. Para isso, usamosum canhão de elétrons. Este pode ser um o metálico de tungstênio (comoo lamento de uma lâmpada) que, quando aquecido, emite elétrons. Comonos dois experimentos descritos na aula anterior, os elétrons incidem sobreuma parede que tem dois buracos e atingem um anteparo no qual há umdetetor deslocável. Um detetor para elétrons pode ser um
ou um multiplicador de elétrons que, conectado a um alto-falante, produzum ruído toda vez que for atingido por um elétron.A primeira coisa que notamos é que a chegada dos elétrons nodetetor produz sons de "cliques" bem denidos, vindos do alto-falante.Se interpretamos um som de "clique" como sendo a chegada de umelétron no detetor, quase todas as nossas observações levam a crer queos elétrons se comportam como projéteis:a. Todos os "cliques" são idênticos: não existem "meios-cliques",por exemplo. Portanto, os
elétrons chegam em pacotes idênticos.
b. Os "cliques" acontecem de forma aleatória, ou seja, ouve-sealgo como: clique.... clique......... clique-clique.. clique..... clique-clique-clique............ clique. A análise desse padrão parece indicar que o instantede chegada de cada elétron é imprevisível.c. Nunca escutamos dois "cliques" simultaneamente, mesmo quecoloquemos vários detetores cobrindo totalmente o anteparo. Isso querdizer que os elétrons chegam um de cada vez.d. Se aumentarmos a temperatura do o, teremos mais elétronschegando ao detetor por unidade de tempo. Assim como zemos comprojéteis, podemos associar a taxa média de chegada dos elétronsà probabilidade de chegada, para cada posição x no anteparo.
Instrumento usadopara detectar elétronsou outros tipos departículas quânticas.É formado porum tubo de gás(normalmenteargônio) que conduza eletricidade quandouma partícula passapor ele, ionizando-o.O instrumentoamplica o sinal,produzindo um"clique" para cadapartícula que passapelo gás.
: Esquema do experimen-to de fenda dupla com elétrons.As probabilidades
correspon-dem, respectivamente, às situaçõesnas quais apenas os buracos 1 ou 2estão abertos. Já a probabilidade
corresponde à situação em que osdois buracos estão abertos simul-tanemente.Fonte deelétronsDetetordeslocávelAnteparo
O que acontece então quando computamos esta probabilidade?Bem, todos os resultados descritos anteriormente parecem ser consistentescom o fato de o elétron ser um projétil, como uma pequeníssima bolinhade gude. Portanto, nada mais razoável do que esperar que observemosa mesma curva descrita na
da Aula 1 desta disciplina. Aliás,toda a nossa intuição clássica nos leva a pensar no elétron como uma"bolinha". Pois bem, este é o momento crucial em que nossa intuiçãofalha. A probabilidade
que medimos para o elétron está mostradana
. Note que ela tem oscilações que não existiam no caso dosprojéteis. De fato, elas lembram muito as oscilações que observamos nocaso das ondas e que interpretamos como
.Decididamente, o elétron não é uma "bolinha"...
Mas como pode surgir um padrão de interferência deprojéteis? Vimos, no caso das ondas, que há uma interferência entreas ondas que passam pelo buraco 1 e as que passam pelo buraco 2.As ondas passam ao mesmo tempo pelos dois buracos. Poderiamos elétrons que passam pelo buraco 1 estar interferindo de algumaforma com os que passam pelo buraco 2? Sabemos que os elétrons sãopartículas carregadas negativamente e que, portanto, devem interagirentre si de acordo com a Lei de Coulomb, como vimos na disciplinaFísica 3A. Poderia o padrão complicado de interferência surgir pormeio da interação coulombiana ou, em outras palavras, a partir de umintrincado mecanismo de colisões entre os elétrons?Podemos testar experimentalmente esta hipótese. Já dissemos queos elétrons chegam um de cada vez no anteparo. Mas talvez eles estejamsendo emitidos com uma taxa muito alta, de modo que possamos tervários elétrons "em vôo" ao mesmo tempo e, portanto, interferindo unsnas trajetórias dos outros. Mas se reduzirmos bastante a temperaturado lamento, podemos diminuir cada vez mais a taxa de emissão deelétrons, até o limite em que tivermos certeza de que há
elétron viajando de cada vez desde o emissor até o anteparo. Dessaforma, não há como ocorrer uma interação entre eles. Se zermos oexperimento, a taxa de detecção dos elétrons no anteparo realmentediminui bastante. Os "cliques" se tornam cada vez mais espaçados.
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