FORMULARI D’INSCRIPCIÓ
(FINS EL 30 DE SETEMBRE)
Proposta d’activitat Centre CÍvic Trias i Peitx
Dr. Adrian Pérez Salinas
Sergi Masot Llima
Proposta per alumnes de 4t de l’ESO i Batxillerat.
Abstract
L’objectiu de l’activitat és familiaritzar els alumnes amb els conceptes de mecànica quàntica i altres qüestions que hi tenen relació. No es busca explicar d’una manera formal i rigorosa com funcionen aquests fenòmens, si no posar en perspectiva d’on procedeixen i com s’utilitzen en la tecnologia actual. També es posa de manifest en quines situacions trobem el terme ”quantica” usat de forma no rigorosa o fins i tot enganyosa.
1 Activitats prèvies
La mecànica quàntica està plena de fenòmens estranys que són difícils de comprendre utilitzant la intuició convencional. El llenguatge natural d’aquests fenòmens són les matemàtiques a un nivell més avançat del que s’estudia a l’institut. Així doncs, en no poder explorar aquesta via, serà necessari explicar aquests conceptes d’una manera més informal, intentant aconseguir una comprensió per parts dels alumnes de la física que hi ha al darrere. En concret, la proposta contempla que els alumnes busquin informació i entenguin els fenòmens següents ( Assumim que els professors encarregats de coordinar aquesta activitat seran professors de Física o Química, amb coneixement d’aquests fenòmens). Idealment, els alumnes hauran de buscar informació i explicar-la als companys, guiats pels docents al seu càrrec.
La mesura
Un sistema quàntic està en superposició de diversos estats que es poden mesurar. En mesurar-lo, el sistema colapsa i es transforma en un dels seus estats propis de forma aleatòria. En mecànica quantica no és possible mesurar sense alterar l’estat del sistema, i per tant aquest procés ja no és innocu si no que modifica el sistema de manera intrínseca. Es pot explorar l’experiment de Stern-Gerlach per posar de manifest aquestes propietats.
Valors propis d’energia
En mecànica quàntica, els sistemes no poden tenir valors arbitraris de les seves propietats com l’energia. Un exemple senzill són els àtoms. En els àtoms, els electrons només poden estar ocupant nivells energètics concrets. Això dona lloc als espectres d’absorció i emissió, que identifiquen els àtoms de manera unívoca.
Efecte túnel
Un dels fenòmens més estranys de la Mecànica Quàntica és l’efecte túnel. Les partícules quantiques poden accedir a estats, per exemple en termes d’energia, als quals la Física clàssica no permetria arribar. Això és el que es coneix com a efecte túnel, ja que les partícules travessen parets; és a dir, hi ha una certa probabilitat de mesurar la partícula en un lloc prohibit.
Efecte fotoelèctric
Els metalls tenen electrons lligats als àtoms amb un enllac d’una energia determinada. Aquests electrons es poden excitar mitjancant radiació electromagnètica. Els fotons d’aquesta radiació incident han de superar la freqüència i energia llindars per tal de poder arrancar els electrons dels àtoms i desencadenar una corrent elèctrica en el metall.
Dualitat ona-partícula
Durant els primers anys de desenvolupament de la mecànica quàntica, un dels grans enigmes va ser entendre la dualitat ona-partícula. Depenent de com s’observi, un objecte quàntic pot comportar-se com una ona o com una partícula. Per exemple, els electrons, que són partícules, es difracten com a ones en atravessar una escletxa. Per altra banda, la llum, que és una ona, pot col·lidir amb una partícula com si fos una partícula amb massa.
2. Xerrada en el Centre Cívic Trias i Peitx (Carrer de la Riera Blanca, 1, 3) : 17 o 18 de novembre a les 11hores.
En la xerrada s’exposaran alguns fenòmens i exemples específics de la mecànica quàntica
– Quan entra en joc la mecànica quàntica: objectes petits i freds Experiment de la doble escletxa
– Comunicació per entrellaçament
– Tecnologies quàntiques: alguns exemples de tecnologies que funcionen gràcies a la mecànica quàntica.
– La segona revolució quàntica: informació i comunicació: estem construint un ordinador quàntic a Barcelona, els ordinadors no són molt potents actualment
– Què s’ha de fer per aprendre tot això?
3. Activitat posterior per a treballar en el centre cívic
En els darrers anys, la paraula quàntica s’ha convertit en un comodí per a explicar fenòmens difícils de comprendre en històries de fantasia i ciència-ficció. Tanmateix, també hi ha molts casos reals en els que la paraula quàntica entra en escena de forma legítima i científica. En aquesta activitat es convida als alumnes a recuperar exemples tant reals com ficticis en el que es fa referència a la mecànica quàntica per tal de saber distingir si es fa de forma seriosa o no. Aquesta activitat només requereix que els alumnes exercitin la memòria. Cada grup podria enfocar-se a un cas concret que després es posa en comú.
4 Activitat posterior per a treballar a classe
La tecnologia de l’últim segle, a nivell mundial, ha experimentat un creixement sense precedents, i en gran mesura ha estat pel coneixement generat de l’estudi de la mecànica quàntica. Es proposa buscar exemples de tecnologies amb aplicacions en l’actualitat que han estat possibles gràcies als principis de la mecànica quàntica. Alguns casos hauran estat mencionats en la xerrada per donar un impuls a la recerca d’altres exemples.
– La llum làser: lectura de codis, CD/DVD/BluRay
– GPS: rellotges atòmics
– Xips electrònics i altres semiconductors
– Rajos X i resonància magnètica
– Llums LED: la revolució de les pantalles
