O experimento da borracha quântica : discutindo o quântico pelo clássico em sala de aula

Abstract

O presente trabalho é voltado ao professor da Educação Básica, mas pode também atender aos interesses da Formação Inicial e Continuada de Professores, e propõe uma atividade que abrange duas áreas que carecem de maior atenção no Ensino de Física atual: a inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea no Ensino Médio, bem como a proposição de novas atividades experimentais àquele segmento da Educação Básica. Nesse sentido, o experimento denominado “borracha quântica” aborda, qualitativamente, alguns dos princípios fundamentais da Mecânica Quântica. O experimento é composto, basicamente, de um laser e de alguns filtros polarizadores, obtidos a partir da tela de mostradores digitais usados, como calculadoras e multímetros, e permite a contextualização e a discussão dos conceitos quânticos de função de onda, estados quânticos, superposição de estados, probabilidade, determinação do estado e colapso da função de onda, segundo a interpretação da Escola de Copenhague. Os conceitos propostos, baseados nos postulados da Mecânica Quântica, passaram por um processo de transposição didática, de modo a se adaptarem ao nível cognitivo dos estudantes do Ensino Médio. O aparato experimental é de fácil construção e utiliza materiais de baixo custo, sendo bastante viável sua exploração em sala de aula pelo professor. Os resultados obtidos experimentalmente foram considerados de boa qualidade e condizentes com o esperado, quando da aplicação do experimento a uma turma mista de estudantes do Ensino Médio.

The present work is directed to the Basic Education teacher, but it can also serve the interests of Initial and Continuing Teacher Education, and proposes an activity covering two fields that require more attention in current Physics Teaching: the insertion of Modern and Contemporary Physics topics at High School, and the proposition of new experimental activities to that segment of Basic Education. The experiment called "quantum eraser" addresses, qualitatively, some of the fundamental principles of Quantum Mechanics. The experiment is composed of a laser and some polarizing filters, obtained from the screen of used digital displays, such as calculators and multimeters, and allows contextualization and discussion of the quantum concepts of wave function, quantum states, superposition of states, probability, state determination and collapse of the wave function, according to the Copenhagen School interpretation. The proposed concepts, based on the postulates of Quantum Mechanics, were subject to a didactic transposition process, to adapt to the cognitive level of high school students. The experimental apparatus is easy to build using low-cost materials, making it possible to explore it in the classroom by the teacher. The results obtained experimentally were considered of good quality and consistent with expectations, when the experiment was applied to high school students.