Nesta contribuição, apresentamos um tema avançado de grande relevância na Física: a quebra espontânea de simetria – fundamental para o chamado Mecanismo de Higgs – numa abordagem adequada ao ensino médio. O modelo matemático da quebra de simetria é abordado a partir da analogia entre os osciladores harmônico simples e anarmônico. Na sequência, discutimos como a massa física do bóson de Higgs surge a partir da oscilação da coordenada oscilatória de Higgs, aqui desempenhando o papel do campo de Higgs. Também propomos o uso de simulação computacional, utilizando o software Modellus , para estudar a energia dos osciladores. O objetivo de propor a simulação é tornar a aprendizagem mais eficiente e aumentar o protagonismo do aluno.

This contribution sets out to present an advanced topic of major relevance in Physics: the spontaneous symmetry breaking, a crucial issue for the Higgs Mechanism, in a suitable approach for the high school level. The mathematical model of symmetry breaking is approached by exploiting the analogy between the simple harmonic and anharmonic oscillators. Next, we discuss how the Higgs boson’s physical mass arises from the oscillation of the Higgs oscillatory coordinate, here playing the role of the Higgs field. We also propose the use of a computer simulation, with the Modellus software , to compute the energy of the oscillators. The purpose of carrying out simulation is to render the learning process more efficient and to increase the action of the student.

Resumo Neste trabalho, apresentamos um experimento de baixo de custo para estudar o fenômeno do arrasto magnético. Trata-se de um tema difícil de ser abordado experimentalmente, principalmente em escolas que não dispõe de um laboratório especializado. O experimento possibilita a discussão da Lei de Faraday e das correntes de Foucault de forma prática e com poucos recursos físicos. A aquisição dos dados é realizada por meio um smartphone. O tratamento dos dados é realizado pela a associação de uma ferramenta de vídeo-análise, o software livre Tracker, e uma ferramenta de ajuste e tratamento de dados, o software livre LibreOfficeCalc. Dessa forma, a atividade experimental proposta neste texto pode se ajustar as mais diversas realidades escolares.

Abstract In this work, we present a low-cost experiment to study the phenomenon of magnetic drag. It is a difficult subject to be studied experimentally, especially in schools that do not have a laboratory. The experiment makes possible the discussion about the Faraday's Law and the Foucault currents, in a practical way and using only few physical resources. The data acquisition is carried out through a smartphone. The data processing is performed by the association of a video-analysis tool, the free software Tracker, and a data analysis tool, the free software LibreOfficeCalc. In this way, the experimental activity proposed in this text can be adpated to the most diverse school realities.

Neste trabalho apresentamos um experimento muito simples explorando a polarização de um feixe laser intenso para simular a distribuição de uma chave criptográfica através do protocolo BB84 de criptografia quântica. Nossa proposta está baseada na analogia entre graus de liberdade de um feixe laser com estados quânticos da luz, muito discutida atualmente. A proposta utiliza duas bases de polarização linear, que é o ingrediente original do protocolo proposto por Bennet e Brassard. Dessa forma, o experimento permite um entendimento direto do princípio de funcionamento do protocolo. O experimento pode ser realizado em laboratórios didáticos dos cursos de graduação em Física e Engenharias bem como em espaços de divulgação científica. Além disso, os resultados mostram que o experimento apresenta um ambiente muito propício para discussão sobre a diferença entre propriedades clássicas e quânticas da luz.

We present a very simple experiment exploring the polarization of an intense laser beam in order to perform an emulation of a cryptographic key distribution by the well known BB84 protocol. Our work relies on the analogy between classical degrees of freedom of a laser beam and quantum states, very discussed nowadays. Our analogue of a key distribution is made by using two polarization basis, the original ingredient used by Bennet and Brassard, which allow us a direct understanding of the protocol. The experiment can be performed in didactic laboratories or can be demonstrated in a classroom. In addition, the results show a very proper ambient to discuss the difference between classical and quantum measurement of light.

Um importante fenômeno físico, com várias aplicações tecnológicas, é o conhecido efeito Doppler. Face a sua importância, esse é um tema comum em praticamente todos os livros de ensino médio e superior. Não obstante, é um tema de difícil abordagem experimental, principalmente em escolas que não possuem um laboratório didático bem equipado. Neste trabalho, apresentamos um experimento didático, que permita a medida da frequência Doppler para ondas sonoras. Para tal, utilizamos como recursos didáticos aparelhos que fazem parte do cotidiano dos alunos, a saber, tablets, smartphones e softwares livres. Acreditamos que a utilização destes aparelhos torna a proposta de ”baixo custo”e acessível a grande parte das escolas brasileiras.

An important physical phenomena, with many technology applications, is the Doppler effect. In view of its importance, this is a common subject in high school or college books. However, it is a subject of difficult experimental approach, mainly in schools that do not have a well equipped teaching laboratory. In this paper, we present a didactic experimental, that enable the measure of Doppler effect for sound waves. We use as didactic resources devices that are part of daily life of students, namely, tablets and smartphones. We believe that the use of these devices makes this a ”low cost” proposal and accessible of the most Brazilians schools.

Em geral, o ensino de óptica no nível médio está concentrado na óptica geométrica. Apesar de ser um modelo de sucesso para explicar fenômenos como reflexão e refração da luz, ele não aborda satisfatoriamente a discussão sobre a natureza ondulatória da luz, além de não explicar fenômenos como difração e interferência. Neste trabalho propomos um experimento simples e de baixo custo para discutir a natureza ondulatória da luz e o limite em que a óptica geométrica é válida. A proposta constitui também um dispositivo para realização de medidas de objetos cuja dimensão seja da ordem do comprimento de onda da luz.

In general, optics teaching at high school level focus on geometric optics. This is a successful model to explain reflection and refraction of light. However, it is not appropriate to discuss the wave nature of light, and to explain diffraction and interference, for example. In this work, we propose a simple experiment, of low cost, to discuss the wave nature of light and the limit in which the geometric optics is valid. Our proposal also provides a device to perform measurements of objects whose dimension is of the order of the wavelength of light.