Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
0

Что такое "эффект тунеллирования" в квантовой физике?

Bomber [10.5K] 9 месяцев назад
3

Туннельный эффект - это типично квантовый эффект, связанный с тем, что частица с определённой вероятностью может энергетический барьер, высота барьера больше, чем энергия частицы..

Туннельный эффект связан с курпускулярно-волнов­ым дуализмом и неопределённостями Гейзенберга..

система выбрала этот ответ лучшим
il63 [133K]
Наглядный пример - альфа-распад: энергии альфа-частицы недостаточно, чтобы вылететь из ядра, а она вылетает.  9 месяцев назад
simpl [69.6K]
Самое известное явление туннелирования - это спонтанное деление например урана-238..
Не все слышали про альфа-распад, а про радиоактивность некоторых элементов - все..
 9 месяцев назад
il63 [133K]
Спасибо за дополнение. Никогда не думал, что такие тяжелые частицы способны туннелировать.  9 месяцев назад
комментировать
2

Начну издалека.

Параметром, описывающим квантовую систему, является волновая функция, соответствуюшая не привычнм из классчиеской механики координатам, импульсу или энергии объекта, а - вероятности для него иметь какие-то определённые значения координат, импульса, энергии. Уравнение, которое позволяет найти волновую функцию, - уравнение Шрёдингера.

Ну и рассмотим тело в потенциальной яме, то есть систему, в которой тело локализовано в некоторой ограниченной области пространства. И чтоб выбраться наружу, ему нужно сообщить некоторую энергию, называемую высотой потенциальной ямы. Термин "яма" тут вполне адекватно писывает физическую картину: чтобы выбросить камень со дна колодца глубиной Н, ему надо сообщить энергию, равную mgH.

И если решить уравнение Шрёдингера для частицы, находящейся в потенциальной яме, то оказывается, что вероятность обнаружить частицу вне пределов ямы (за стенками) спадает не скачком, а постепенно (в простейшем случае - экспоненциально).

А если теперь представить себе, что у ямы тонкие стенки, то есть взять не яму, а стакан, то оказывается, что вероятность обнаружить частицу вне стакана не равна нулю. То есть частица может выбраться из потенциальной ямы даже если её энергия меньше высоты потенцильного барьера - ситуация, немыслимая в классической физике.

Вот этот эффект и называется туннельным: если есть потенциальный барьер конечной ширины ("тонкие стенки"), то частица, подчиняющаяся квантовым законам, может пролететь сквозь него, а не перепрыгнуть.

В технике эффект туннелироваия применяется весьма широко. Это туннельные диоды. Это переходы Джозефсона, где электрический ток преобразуется в излучение, причём строго монохроматическое (но не когерентное), с кпд, равным 100% (увы, только при криогенных температурах). Это туннельные микроскопы, с помощью которых удаётся "разглядеть" отдельные атомы. И это то, что есть в кармане у каждого: флеш-память. Процесс записи информации в такую память основан на туннельной инжекции электронов из полупроводника сквозь тонкий слой окисла ("просто так" электроны низкой энергии сквозь диэлектрик ни фига не проходят).

И ещё один экзотический пример туннельного эффекта, уже не технический: испарение чёрных дыр (излучение Хокинга). Да, из чёрной дыры выбраться наружу не может ничто. Даже свет. В этом смысле ЧД - потенциальный барьер бесконечной высоты. Но ширина этого барьера конечна. И если вблизи границы чёрной дыры (горизонта событий) родится виртуальная пара частиц, то одна из них за счёт туннелирования сквозь этот барьер может выбраться из чёрной дыры - тем самым чёрная дыра теряет свою массу. Испаряется. "Снаружи" это воспринимается как излучение абсолютно чёрного, температура которого тем больше, чем меньше масса чёрной дыры.

Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация
OpenID