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Física Quântica: Fundamentos, Formalismo e Aplicações
Ivan S. Oliveira
- No primeiro bloco do texto, o de fundamentos, são apresentados, em sequência mais ou menos histórica, os fatos que levaram à descoberta e formulação da mecânica quântica, acompanhados de tópicos como o átomo de hidrogênio, o experimento de Stern-Gerlach e métodos perturbativos. Aspecto importante do texto são os muitos exemplos que acompanham os tópicos. É feita uma discussão sobre o efeito Aharonov-Bohm - sobretudo, para enfatizar a importância do conceito de fase relativa de estados quânticos. O bloco é concluído com o famoso debate Einstein-Bohr sobre a então nascente física quântica, as conferências Solvay e o paradoxo de EPR. - No bloco II, são introduzidos aspectos do formalismo da mecânica quântica, com destaque para as noções de segunda quantização e matriz densidade. A primeira permite que se encontrem os auto estados em sistemas com muitas partículas interagentes e leva à noção de quase partícula; a outra, obter diretamente, de um hamiltoniano quântico, os observáveis termodinâmicos que se medem em laboratório. A combinação da primeira com a segunda possibilita que modelos quânticos microscópicos sejam testados em experimentos na matéria macroscópica. Ainda nesse bloco, é exemplificada a violação da desigualdade de Bell por sistemas de spins emaranhados. - No bloco III, são apresentadas aplicações da física quântica, começando por estruturas artificiais, como pontos quânticos (também chamados átomos artificiais), poços e fios quânticos. Algumas das técnicas contemporâneas mais importantes para a construção e caracterização de objetos em regime quântico, como o microscópio de tunelamento e varredura (STM), são apresentadas. Esse bloco também traz uma introdução aos chamados centros de vacância e nitrogênio (NV-Centers), em redes de diamante e suas aplicações como sensores quânticos, logo após uma seção sobre metrologia quântica. Esse bloco é concluído com uma discussão sobre o processamento da informação quântica