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| A experiencia da Fenda Tripla na Física Quântica |
Durante dois séculos os físicos experimentalistas trabalharam em cima do famoso experimento conhecido como o experimento da Dupla Fenda, também conhecidos como experimento de Young (1773-1829 ) , realizado por volta de 1801.
Basicamente a experiencia da Dupla Fenda serviu para que os cientistas refletissem sobre a dualidade onda-particula que se obervava sobre um raio de luz.
Um raio de luz de comportava com natureza corpuscular quando atingia um espelho e seus ângulos de incidencia e saida seguiam os mesmos principios de uma bola de colindindo de forma elastica ( sem perdas ) em uma lateral de um mesa de sinuca.
Por outro lado, quando foi realizado a experiencia da Dupla Fenda, um comportamento para o mesmo raio de luz ( hoje em dia se usa uma grande diversidade de feixes que vão de Fulereno C60 que gera partículas grandes a LASERs, e outras variações ) , induziu a percepção de que aquele feixe era composto por ondas, devido as interferências que apareceram em um anteparo apos o feixe a travessar as duas fendas.
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ψAB = ψA + ψB . --> ψAB = ψA + ψB + ψL |
O ponto curioso aqui inicialmente era: como pode um único feixe gerar duas ondas na experiencia da Fenda Dupla ? Ora, ou o Feixe passa por uma Fenda ou passa pela outra, seria o pensamento mais natural. Mas a coisa não bem assim.
Décadas depois , e surge a Função de Onda. A Função de onda nos orienta a observar tais efeitos de forma probabilista e não deterministica. Apesar de ser bastante aceito pelos físicos atualmente, ainda temos um problema a ser resolvido aqui.
Porem, pense de forma bem simplista como se a funcao de onda nas fendas AB , ( ψAB ) , fossem fluxos de um jato de agua, que se dividiu em dois. Ora, a soma o jato A , com o jato B deveria da o mesmo fluxo do jato original AB. Mas eh aqui que os problemas começam. Troque agora o jato de agua por simplesmente probabilidades de acontecimentos.
A Função de Onda final deveria ser a soma das duas funções de onda ( de cada fenda ) , existente em cada fenda. Mas não é. Isso ainda esta em aberto e novos estudos caminham para refinar esse entendimento. Porém com duas fendas fica difícil imaginas possível caminhos alternativos para o feixe de fótons que atravessa,
Infelizmente tem sido difícil calcular esse erro, mas algumas experiências recentes utilizando fendas com outras dimensões, e pela primeira uma fenda adicional, um série de insights levou aos cientistas a desenvolverem novos modelos para deixar a somas das probabilidades mais ajustadas e próxima da realidade.
Em outras palavras, se fecharmos uma fenda e lançarmos o raio, teremos a sua função de onda ( considere apenas como se fosse uma função que a descreve de forma quantitativa ). Ao fecharmos essa fenda e abrirmos outra, obteremos outra função. Quando fazemos a experiencia com ambas as fendas abertas , a função de onda final infelizmente não se da pela soma exata de ambas as funções e o termo de correção ψL foi introduzido.
Por esse motivo, novos estudos utilizando os chamados caminhos integrais de Feynman , nos sugere que os feixes desenvolvem caminhos nada convencionais ( chamados pelos indianos de exóticos ) como seria o esperado.
Com o surgimento do experimento da Tripla Fenda , foi possível teorizar e observar o que se chama de trajetórias exóticas em loop para o feixe de fótons disparados.
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| A Experiência da Tripla Fenda e = pABC − (pAB + pBC + pCA) + (pA + pB + pC ). Em pontilhado a trajetória exótica (c) Sergio Cabral Cavalcanti |
Os físicos realizaram uma variação do famoso experimento de dupla fenda de 200 anos que, pela primeira vez, envolve "trajetórias exóticas em loop" de fótons. Esses fótons viajam para a frente através de uma fenda, depois circulam e voltam por outra fenda e, às vezes, circulam novamente e viajam para a frente por uma terceira fenda.
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| A Tripla Fenda - Mecânica Quântica : a linha verde demonstra um caminho clássico representativo. A linha roxa demonstra um caminho representativo não clássico ( chamado por alguns de exótico ) Os vários parâmetros de comprimento são marcados; d = a distância interslit ( inter-fenda ), w = a fenda , largura, h = altura da fenda, L = distância da fonte para o plano da fenda e D = a distância do plano da fenda para o plano do detector. |
Buscando melhorar a exatidão dos resultados medidos nas equações de onda, uma falha em como os experimentos de interferência quântica são interpretados foi quantificada pela primeira vez por uma equipe de físicos na Índia. Usando a formulação "integral do caminho" da mecânica quântica, a equipe calculou o padrão de interferência criado quando os elétrons ou fótons viajam através de um conjunto de três fendas.
Ele descobriu que caminhos não clássicos - nos quais uma partícula pode tecer seu caminho através de várias fendas - devem ser considerados junto com a superposição quântica convencional de três caminhos diretos (um através de cada uma das fendas).
A equipe diz que o efeito deve ser mensurável em experimentos envolvendo fótons de microondas, e que o trabalho também pode fornecer insights sobre fontes potenciais de decoerência ( falarei em outro post sobre isso ) em alguns sistemas de informação quântica.
Esses caminhos não clássicos são mais fáceis de imaginar com um arranjo de três fendas. Uma partícula poderia passar, digamos, pela fenda à sua esquerda, fazer uma curva, voltar pela fenda central antes de virar novamente e emergir da fenda à direita (veja a figura). Agora, Urbasi Sinha e colegas do Raman Research Institute e do Indian Institute of Science em Bangalore calcularam o efeito desses caminhos não clássicos no padrão de interferência resultante de tal fenda tripla.
Usando a formulação integral de caminho da mecânica quântica, a equipe analisou diferentes combinações de largura e separação de fenda para fótons e elétrons incidentes.
O experimento de fenda tripla fornece uma maneira simples de quantificar os efeitos de caminhos não clássicos em termos de quantidades diretamente mensuráveis. A configuração de fenda tripla (caminho) foi usada como uma base de teste para testar os fundamentos aspectos da mecânica quântica nos últimos anos.
Esses caminhos não clássicos são mais fáceis de imaginar com um arranjo de três fendas. Uma partícula poderia passar, digamos, pela fenda à sua esquerda, fazer uma curva, voltar pela fenda central antes de virar novamente e emergir da fenda à direita (veja a figura).
Agora, Urbasi Sinha e colegas do Raman Research Institute e do Indian Institute of Science em Bangalore calcularam o efeito desses caminhos não clássicos no padrão de interferência resultante de tal fenda tripla. Usando a formulação integral de caminho da mecânica quântica, a equipe analisou diferentes combinações de largura de fenda e separação de fenda para fótons e elétrons incidentes.
Um dos pilares da teoria quântica é o fato de que as partículas também podem se comportar como ondas. Isso pode ser demonstrado pelo experimento de dupla fenda com elétrons, que já foi votado como o mais belo experimento de física de todos os tempos pelos leitores do Physics World. Envolve disparar elétrons através de duas fendas adjacentes e observar o acúmulo de um padrão de interferência em forma de onda em uma tela do outro lado das fendas. No entanto, cada partícula é detectada como um minúsculo ponto dentro do padrão, sugerindo que as partículas também são entidades discretas. Os alunos de física aprendem que o padrão de dupla fenda pode ser explicado tratando o sistema como uma superposição de ondas que viajam por uma fenda e ondas que viajam pela outra fenda. Embora essa descrição reproduza o padrão observado em experimentos, o físico japonês Haruichi Yabuki apontou em 1986 que essa abordagem é aproximada porque ignora a pequena possibilidade de que uma partícula possa seguir um caminho não clássico através das fendas. Tecelagem quântica Esses caminhos não clássicos são mais fáceis de imaginar com um arranjo de três fendas. Uma partícula poderia passar, digamos, pela fenda à sua esquerda, fazer uma curva, voltar pela fenda central antes de virar novamente e emergir da fenda à direita (veja a figura). Agora, Urbasi Sinha e colegas do Raman Research Institute e do Indian Institute of Science em Bangalore calcularam o efeito desses caminhos não clássicos no padrão de interferência resultante de tal fenda tripla. Usando a formulação integral de caminho da mecânica quântica, a equipe analisou diferentes combinações de largura de fenda e separação de fenda para fótons e elétrons incidentes. No caso dos elétrons, os pesquisadores descobriram que os caminhos não clássicos teriam um efeito minúsculo no padrão observado, que se desviaria de uma superposição simples por um fator de cerca de 10–8. Para a luz visível, essa mudança aumenta para cerca de 10–5, mas ainda é muito pequena para ser detectada. De fato, os cálculos explicam por que Sinha e seus colegas da Universidade de Waterloo, no Canadá, não viram nenhum desvio em um experimento de fenda tripla óptica feito em 2010 (veja “A teoria quântica sobrevive a sua última provação”). Desvio para micro-ondas Acontece, no entanto, que o desvio deve aumentar para cerca de 10-3 para fótons de microondas, e a equipe acredita que poderia ser medido em um experimento usando fótons de comprimento de onda de 4 cm, uma largura de fenda de 120 cm e uma separação de fenda de 400 cm. De fato, Sinha disse ao physicsworld.com que sua equipe no Raman Research Institute já montou um experimento com micro-ondas para verificar o efeito, mas não pode comentar os resultados preliminares. Tal experimento, se realizado, poderia fornecer uma demonstração do tamanho de uma sala da formulação da integral do caminho da mecânica quântica - algo que é normalmente associado a processos subatômicos. Além disso, compreender o papel de caminhos não clássicos em sistemas de informação quântica baseados em interferômetro pode ajudar os físicos a reduzir os efeitos destrutivos do ruído nesses sistemas.
OBSERVACAO SOBRE AS FENDAS:
1) Ha de se considerar diferenças de resultados e na modelagem matemática em relação as fendas do tipo janela ou fendas gausseanas. Importante o leitor se aprofundar nesse tema e procurar outros insights sobre coerencia e decoerencia
2) Ha de se estudar o parametro de Sorkins ( Rafael Sorkins , link abaixo ). Este parametro fornece uma visao calculista para a correção nas somas das equações de ondas nas experiencias com as fendas duplas e triplas.
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| Sergio Cabral Cavalcanti |
-- Sergio Cabral Cavalcanti
Sergio@ideavalley.com.br
@sergio123cabral
Voce pode encontrar informações mais aprofundadas no seguinte paper:
https://arxiv.org/pdf/1308.2022.pdf
https://physicsworld.com/a/photons-weave-their-way-through-a-triple-slit/
https://en.wikipedia.org/wiki/Rafael_Sorkin
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