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Para a demonstração de fenómenos estatísticos, o estudo de uma fonte radioativa com um contador Geiger-Muller é ideal. Neste programa, simula-se um TP de DEUG configurado em 1988, no qual se estuda uma fonte de césio 137 com um medidor (equipamento comercial CRAB modificado de forma a ser ligado a um microcomputador). Obtemos uma lei de Poisson quando o número de eventos se torna muito grande e a probabilidade elementar se torna fraca. Para conseguir isso (média de 4 em 2 s) com a fonte fornecida (atividade 10 pCi), foi necessário introduzir 2 cm de chumbo entre a fonte e o medidor.
Princípio da simulação: Durante uma experiência, regista-se um total de N eventos durante uma série de S contagens de duração t. A média m(t) é N/S. A lei da probabilidade da variável m(t) é uma distribuição de Poisson de média M(t) e com desvio padrão M(t)½. (M(t) seria o valor médio obtido para um número muito grande de contagens). Como a duração de uma contagem é negligenciável quando comparada com o tempo de vida da fonte (meia-vida T = 30 anos), pode admitir-se que M (t) é uma função linear no tempo. Mostra-se que pode simular-se m(t) pela relação m(t) = M(t) + va.(M/S)½.
A variável aleatória segue uma lei gaussiana de média 0 e desvio padrão 1 e a simulação assume uma variável desse tipo. O número de eventos que o programa deve simular é, portanto, N
= m(t).S. Para representar cada série de contagens, é definida uma matriz quadrada de dimensão s, sendo s tal que S = s2.
Para cada evento, seleciona-se aleatoriamente (números aleatórios de distribuição uniforme) uma caixa da tabela e aumentamos o contador da caixa selecionada. No final do processo, temos valores S cujo total é N e a média é m(t). Pode então traçar-se o histograma (frequência em função da taxa de contagem x) normalizado (soma de frequências igual a 1) do fenómeno e a curva de Poisson P(x) = Mx.e-M/x!
correspondente. Comparam-se os resultados de experiência e simulações reais sem encontrar a menor diferença.
A aplicação : As listas de opções permitem selecionar a duração de cada contagem e o número de contagens feitas durante uma experiência. O programa traça o histograma das experiências (frequência de acordo com o número de eventos), bem como a "curva de Poisson" (a linha vermelha é um guia), que corresponde ao valor médio inteiro mais próximo do valor médio da experiência. Os tempos de contagem foram escolhidos para que os valores médios fiquem próximos de 2, 4, 5 et 8.
Simulation Numérique de Jean-Jacques ROUSSEAU
Faculté des Sciences exactes et naturelles Université du Maine - Le Mans
Traduzido e adaptado para a Casa das Ciências por Alexandra Coelho em Novembro de 2019.