Saltos Quânticos Primórdios e Detecção. Ciro Thadeu Tomazella Ferreira

Transcrição

1 Saltos Quânticos Primórdios e Detecção Ciro Thadeu Tomazella Ferreira

2 Sumário Primórdios: Modelo atômico antes de Bohr Dedução dos estados estacionários do átomo de Bohr Explicação de fenômenos Detecção: Detecção de saltos em íon de Mercúrio Detecção de saltos em íon de Bário Conclusão

3 Primórdios

4 Modelos atômicos antes de Bohr Fim da década de 1890: existência do elétron Necessidade de uma partícula positiva: neutralidade Modelos dinâmicos: teorema de Samuel Earnshaw ( ) Mudança na década de 1910: a teoria de Planck revelava a inadequação do tratamento clássico dó átomo. Thompson: background positivo homogêneo Rutherford: carga positiva localizada (devido ao espalhamento de partículas α).

5 On the Constitution of Atoms and Molecules (1913): Introdução Busca-se elaborar o modelo de Rutherford, corrigindo defeitos: Instabilidade Ausência de um comprimento característico Utiliza a quantização da energia para isso

6 Dedução dos Estados Estacionários (1) Considera-se dois pressupostos: (1) O equilíbrio dinâmico do sistema nos estados estacionários podem ser discutidos com a ajudar da mecânica usual, enquanto que a passagem do sistema entre diferentes estados estacionários não podem ser tratados nesta base. (2) O último processo é seguido da emissão de uma radiação homogênea, para a qual a relação entre sua frequência e a quantidade de energia emitida é aquela dada pela teoria de Planck.

7 Dedução dos Estados Estacionários (2) Se fosse levada em conta a eletrodinâmica clássica esse sistema não seria estável.

8 Dedução dos Estados Estacionários (3) Assumimos que, durante a captura do elétron, uma radiação homogênea de frequência ν, igual a metade da frequência de revolução do elétron em sua órbita final; então, pela teoria de Planck, nós poderíamos esperar que a quantidade de energia emitida pelo processo seria igual a τhν, onde h é a constante de Planck e τ é um número inteiro. (Bohr 1913)

9 Equações dos Estados Estacionários

10 Espectro do Hidrogênio (1) Já era conhecida a fórmula de Balmer-Rydberg-Ritz, sabendo-se que ao substituir τ2=2 obtemos o espectro de hidrogênio: Tendo em vista a dimensão dos índices inteiros, e a fórmula de Planck que associa energia e frequência de emissão, Bohr supõe que a energia emitida por um elétron ao transacionar de um nível para outro é expressa por:

11 Espectro do Hidrogênio (2) Fig.1: Representação esquemática das séries de Lyman, Balmer e Paschen. (Heilbron 2013)

12 Diferença de linhas de emissão entre experimentos e espectros estelares Na época da publicação do trabalho de Bohr era possível detectar 12 linhas de espectro em experimentos utilizando tubos a vácuo e 33 observando espectros de corpos celestes. Bohr explica esse fato devido em função do tamanho que os átomos adquirem em estados excitados.

13 Detecção

14 Detectando os saltos: amplificador quântico

15 Detecção de saltos no átomo de Mercúrio Tempos de vida: P1/2:2.3 ns D5/2:0.1 s Pico do número de Contagens:2*10^4/s Tempo da amostra:10ms

16 Detecção dos saltos Saltos com laser desligado (a) Colisões com átomos do background Decaimento do P1/2 para D3/2

17 Aprisionamento de 2 ions

18 Variação: átomo de Bário Tempo de vida: D5/2:30s Tempo da amostra: 1~2s

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20 Conclusões Observamos como Bohr propôs o primeiro modelo que incorporava os saltos quânticos de forma especulativa Discutimos como a detecção dos saltos quânticos só foi possível após ser possível aprisionar átomos Discutimos a detecção indireta dos saltos através da interrupção da luminescência

21 Obrigado :)

22 Bibliografia Bohr N. In: Darrigol O, Duplantier B, Raimond JM, Rivasseau V, editors. On the Constitution of Atoms and Molecules. Cham:Springer International Publishing; p Darrigol O. In: Darrigol O, Duplantier B, Raimond JM, Rivasseau V, editors. Bohr s Trilogy of Cham: Springer International Publishing; p Heilbron JL, Kuhn TS. The Genesis of the Bohr Atom. Historical Studies in the Natural Sciences. 1969;1:vi 290. Nagourney W, Sandberg J, Dehmelt H. Shelved optical electron amplifier: Observation of quantum jumps. Phys Rev Lett Jun;56: Bergquist JC, Hulet RG, Itano WM, Wineland DJ. Observation of Quantum Jumps in a Single Atom. Phys Rev Lett oct;57: