Tunel effekti. Kvant tunel effekti

Tunel effekti heyrətamiz bir hadisədir, klassik fizika baxımından tamamilə qeyri-mümkündür. Lakin sirli və sirli kvant dünyasında maddə və enerji arasında bir qədər fərqli qarşılıqlı təsir qanunları fəaliyyət göstərir. Tunel effekti enerjisi maneənin hündürlüyündən az olması şərti ilə müəyyən potensial maneəni aşmaq prosesidir. Bu hadisə sırf kvant xarakterlidir və klassik mexanikanın bütün qanun və ehkamlarına tamamilə ziddir. Onlar daha heyrətamiz dünya, yaşadığımız.

Kvant tunel effektinin nə olduğunu başa düşməyin ən yaxşı yolu müəyyən bir qüvvə ilə çuxura atılan qolf topunun nümunəsindən istifadə etməkdir. İstənilən vaxt vahidində topun ümumi enerjisi potensial cazibə qüvvəsinə qarşıdır. Əgər onun cazibə qüvvəsindən aşağı olduğunu fərz etsək, o zaman göstərilən obyekt öz-özünə dəliyi tərk edə bilməyəcək. Amma bu, klassik fizikanın qanunlarına uyğundur. Çuxurun kənarını aşmaq və yoluna davam etmək üçün mütləq əlavə kinetik impuls lazımdır. Böyük Nyuton belə demişdir.

Kvant dünyasında işlər bir qədər fərqlidir. İndi fərz edək ki, dəlikdə kvant hissəciyi var. Bu halda, biz artıq yerdəki real fiziki çökəklikdən deyil, fiziklərin şərti olaraq “potensial dəlik” adlandırdıqları şeydən danışacağıq. Belə bir dəyər həm də fiziki tərəfin analoquna malikdir - enerji maneəsi. Burada vəziyyət ən köklü şəkildə dəyişir. Sözdə kvant keçidinin baş verməsi və hissəciyin baryerdən kənarda görünməsi üçün başqa bir şərt lazımdır.

Xarici gərginlik varsa enerji sahəsi zərrəcikdən kiçikdir, onda hündürlüyündən asılı olmayaraq real şansa malikdir. Nyuton fizikası anlayışında kifayət qədər kinetik enerjiyə malik olmasa belə. Bu eyni tunel effektidir. Bu işləyir aşağıdakı kimi. hər hansı bir hissəciyi bəzilərinin köməyi ilə deyil, təsvir etmək xarakterikdir fiziki kəmiyyətlər, lakin hər bir xüsusi zaman vahidində hissəciyin fəzada müəyyən bir nöqtədə yerləşmə ehtimalı ilə əlaqəli dalğa funksiyası vasitəsilə.

Bir hissəcik müəyyən bir maneə ilə toqquşduqda, Schrödinger tənliyindən istifadə edərək, bu maneəni aşmaq ehtimalını hesablaya bilərsiniz. Çünki maneə təkcə enerjini udmur, həm də onu eksponent olaraq söndürür. Başqa sözlə, kvant aləmində keçilməz maneələr yoxdur, sadəcə olaraq əlavə şərtlər, bu zaman hissəcik bu maneələrdən kənarda qala bilər. Müxtəlif maneələr, təbii ki, hissəciklərin hərəkətinə mane olur, lakin heç bir halda möhkəm, keçilməz sərhədlər deyil. Şərti desək, bu, iki dünya arasında bir növ sərhəddir - fiziki və enerji.

Tunel effektinin nüvə fizikasında analoqu var - atomun güclü elektrik sahəsində avtoionlaşması. Bərk cisim fizikası tunel təzahürlərinin nümunələri ilə də zəngindir. Buraya sahə emissiyası, miqrasiya, eləcə də nazik dielektrik filmlə ayrılmış iki superkeçiricinin təmasda baş verən təsirlər daxildir. Tunelləmə aşağı və kriogen temperatur şəraitində çoxsaylı kimyəvi proseslərin həyata keçirilməsində müstəsna rol oynayır.

Top divardan keçə bilərmi ki, divar zədələnmədən yerində qalsın və topun enerjisi dəyişməsin? Əlbəttə ki, yox, cavab özünü göstərir ki, bu, həyatda baş vermir. Divardan uçmaq üçün topun onu keçmək üçün kifayət qədər enerjisi olmalıdır. Eyni şəkildə, boşluqdakı bir topun təpənin üstündən yuvarlanmasını istəyirsinizsə, onu potensial maneəni - topun yuxarıdakı və içərisindəki potensial enerjilərindəki fərqi dəf etmək üçün kifayət qədər enerji təchizatı ilə təmin etməlisiniz. çuxur. Hərəkəti klassik mexanika qanunları ilə təsvir olunan cisimlər yalnız maksimum potensial enerjidən çox ümumi enerjiyə malik olduqda potensial maneəni aşa bilirlər.

Mikrokosmosda vəziyyət necədir? Mikrohissəciklər kvant mexanikasının qanunlarına tabedir. Müəyyən trayektoriyalarla hərəkət etmirlər, lakin dalğa kimi kosmosda "yaxılırlar". Mikrohissəciklərin bu dalğa xüsusiyyətləri gözlənilməz hadisələrə gətirib çıxarır və onların arasında bəlkə də ən təəccüblü olanı tunel effektidir.

Belə çıxır ki, mikrokosmosda “divar” yerində qala bilər və elektron heç nə olmamış kimi oradan keçir.

Mikrohissəciklər enerjisi hündürlüyündən az olsa belə, potensial maneəni dəf edirlər.

Mikrokosmosda potensial maneə çox vaxt elektrik qüvvələri tərəfindən yaradılır və bu fenomenə ilk dəfə şüalanma zamanı rast gəlinir. atom nüvələri yüklü hissəciklər. Proton kimi müsbət yüklü zərrəciyin nüvəyə yaxınlaşması əlverişsizdir, çünki qanuna görə, protonla nüvə arasında itələyici qüvvələr hərəkət edir. Buna görə də bir protonu nüvəyə yaxınlaşdırmaq üçün iş görülməlidir; Potensial enerji qrafiki Şəkildə göstərildiyi kimi görünür. 1. Düzdür, protonun nüvəyə yaxınlaşması (sm məsafədə) və güclü olması kifayətdir. nüvə qüvvələri cazibə (güclü qarşılıqlı təsir) və o, nüvə tərəfindən tutulur. Ancaq əvvəlcə yaxınlaşmalı, potensial maneəni dəf etməlisiniz.

Və məlum oldu ki, proton enerjisi E maneə hündürlüyündən az olduqda belə bunu edə bilər. Kvant mexanikasında həmişə olduğu kimi, protonun nüvəyə nüfuz edəcəyini əminliklə söyləmək mümkün deyil. Ancaq potensial maneənin belə bir tunel keçidinin müəyyən bir ehtimalı var. Bu ehtimal böyükdür, enerji fərqi nə qədər kiçikdir və hissəcik kütləsi kiçikdir (və ehtimalın böyüklükdən asılılığı çox kəskindir - eksponensial).

Tunel çəkmək ideyasına əsaslanaraq, D. Kokkroft və E. Uolton 1932-ci ildə Kavendiş laboratoriyasında nüvələrin süni parçalanmasını kəşf etdilər. Onlar ilk sürətləndiricini qurdular və sürətləndirilmiş protonların enerjisi potensial maneəni aşmağa kifayət etməsə də, protonlar tunel effekti sayəsində nüvəyə nüfuz edərək nüvə reaksiyasına səbəb oldular. Tunel effekti alfa çürüməsi fenomenini də izah etdi.

Tunel effekti bərk cisim fizikası və elektronikasında mühüm tətbiqlər tapdı.

Təsəvvür edin ki, bir metal film şüşə boşqaba (substrat) tətbiq olunur (adətən, metalın vakuumda çökməsi ilə əldə edilir). Sonra oksidləşdi və səthdə cəmi bir neçə onlarla angstrom qalınlığında dielektrik (oksid) təbəqəsi yaratdı. Və yenə də metal filmlə örtdülər. Nəticə sözdə "sendviç" olacaq (hərfi mənada bu İngilis sözü iki tikə çörək adlanır, məsələn, aralarında pendir ilə) və ya başqa sözlə, tunel əlaqəsi.

Elektronlar bir metal təbəqədən digərinə keçə bilərmi? Görünmürdü - dielektrik təbəqə onlara müdaxilə edir. Şəkildə. Şəkil 2-də elektron potensial enerjisinin koordinatdan asılılığının qrafiki verilmişdir. Metalda elektron sərbəst hərəkət edir və onun potensial enerjisi sıfırdır. Dielektrikə daxil olmaq üçün elektronun kinetik (və buna görə də ümumi) enerjisindən daha böyük olan bir iş funksiyasını yerinə yetirmək lazımdır.

Buna görə də metal plyonkalardakı elektronlar hündürlüyü bərabər olan potensial maneə ilə ayrılır.

Əgər elektronlar klassik mexanikanın qanunlarına tabe olsaydılar, onda belə bir maneə onlar üçün keçilməz olardı. Lakin tunel effektinə görə, müəyyən ehtimalla elektronlar dielektrik vasitəsilə bir metal filmdən digərinə keçə bilər. Buna görə nazik bir dielektrik film elektronlar üçün keçirici olur - sözdə tunel cərəyanı onun içindən keçə bilər. Bununla belə, ümumi tunel cərəyanı sıfırdır: aşağı metal filmdən yuxarıya doğru hərəkət edən elektronların sayı, orta hesabla eyni sayda, əksinə, yuxarı filmdən aşağıya doğru hərəkət edir.

Tunelin cərəyanını sıfırdan necə fərqləndirə bilərik? Bunun üçün simmetriyanı pozmaq lazımdır, məsələn, metal filmləri gərginlik U olan bir mənbəyə bağlamaq lazımdır. Sonra filmlər kondansatör plitələrinin rolunu oynayacaq və dielektrik təbəqədə a. elektrik sahəsi. Bu halda yuxarı təbəqədən olan elektronların maneəni aşması aşağı təbəqədən olan elektronlara nisbətən daha asandır. Nəticədə, aşağı mənbə gərginliklərində belə tunel cərəyanı meydana gəlir. Tunel kontaktları metallarda elektronların xassələrini öyrənməyə imkan verir və elektronikada da istifadə olunur.

TUNEL ETKİSİ(tunel) - klassik tərəfindən qadağan edilmiş hərəkət bölgəsi vasitəsilə sistemin kvant keçidi mexanika. Belə bir prosesin tipik nümunəsi hissəciyin içindən keçməsidir potensial maneə enerjisi olanda maneənin hündürlüyündən azdır. Hissəcik impulsu r bu halda münasibətdən müəyyən edilir Harada U(x) - potensial hissəcik enerjisi ( T - kütlə), sədd daxilində bölgədə olardı, xəyali bir kəmiyyət. IN kvant mexanikası sayəsində qeyri-müəyyənlik əlaqəsi İmpuls və koordinat arasında alt maneə hərəkəti mümkün olur. Bu bölgədə zərrəciyin dalğa funksiyası eksponensial, kvaziklassikdə isə azalır hal (bax Yarımklassik yaxınlaşma

)onun səddin altından çıxış nöqtəsində amplitudası kiçikdir. Potensialın keçməsi ilə bağlı problemlərin formalaşdırılmasından biri. maneə hissəciklərin stasionar axınının maneəyə düşməsi halına uyğundur və ötürülən axının qiymətini tapmaq lazımdır. Belə problemlər üçün bir əmsal tətbiq edilir. maneə şəffaflığı (tunel keçid əmsalı) D

, ötürülən və hadisə axınının intensivliklərinin nisbətinə bərabərdir. Zamanın geri dönmə qabiliyyətindən belə nəticə çıxır ki, əmsal. "İrəli" və əks istiqamətlərdə keçidlər üçün şəffaflıqlar eynidır. Birölçülü halda əmsal. şəffaflıq kimi yazıla bilər inteqrasiya klassik olaraq əlçatmaz bir regionda həyata keçirilir, 1,2 - vəziyyətdən müəyyən edilən dönüş nöqtələri Klassik həddə dönmə nöqtələrində. mexanika, hissəciyin impulsu sıfır olur. Potensialın keçməsi ilə bağlı problemlərin formalaşdırılmasından biri. maneə hissəciklərin stasionar axınının maneəyə düşməsi halına uyğundur və ötürülən axının qiymətini tapmaq lazımdır. Belə problemlər üçün bir əmsal tətbiq edilir. maneə şəffaflığı (tunel keçid əmsalı) Coef.

0 onun müəyyən edilməsi üçün kvant mexanikasının dəqiq həllini tələb edir. tapşırıqlar.

Kvasiklassiklik şərti təmin olunarsa dərhal istisna olmaqla, maneənin bütün uzunluğu boyunca dönüş nöqtələrinin məhəllələri x Potensialın keçməsi ilə bağlı problemlərin formalaşdırılmasından biri. maneə hissəciklərin stasionar axınının maneəyə düşməsi halına uyğundur və ötürülən axının qiymətini tapmaq lazımdır. Belə problemlər üçün bir əmsal tətbiq edilir. maneə şəffaflığı (tunel keçid əmsalı) 1.2 əmsalı Potensialın keçməsi ilə bağlı problemlərin formalaşdırılmasından biri. maneə hissəciklərin stasionar axınının maneəyə düşməsi halına uyğundur və ötürülən axının qiymətini tapmaq lazımdır. Belə problemlər üçün bir əmsal tətbiq edilir. maneə şəffaflığı (tunel keçid əmsalı) 0 birindən bir qədər fərqlidir. məxluqlar fərq Birlikdən 0 ola bilər, məsələn, potensial əyri olduğu hallarda. maneənin bir tərəfindən enerji o qədər dik gedir ki, kvazi klassik orada və ya enerji maneə hündürlüyünə yaxın olduqda (yəni, eksponent ifadəsi kiçikdir) yaxınlaşma tətbiq olunmur. Düzbucaqlı bir maneə hündürlüyü üçün U o və eni
A

əmsalı şəffaflığı ilə müəyyən edilir Potensialın keçməsi ilə bağlı problemlərin formalaşdırılmasından biri. maneə hissəciklərin stasionar axınının maneəyə düşməsi halına uyğundur və ötürülən axının qiymətini tapmaq lazımdır. Belə problemlər üçün bir əmsal tətbiq edilir. maneə şəffaflığı (tunel keçid əmsalı) Harada

Baryerin əsası sıfır enerjiyə uyğundur. Kvazi klassik olaraq hal birliyə nisbətən kiçikdir. Dr. Bir hissəciyin maneədən keçməsi probleminin tərtibi aşağıdakı kimidir. Əvvəldə hissəcik olsun zaman anı sözdə yaxın bir vəziyyətdədir. keçilməz bir maneə ilə baş verə biləcək stasionar vəziyyət (məsələn, kənarda qaldırılmış bir maneə ilə potensial yaxşı buraxılan hissəciyin enerjisindən böyük hündürlüyə). Bu dövlət adlanır kvazistasionar. Stasionar vəziyyətlərdə olduğu kimi, hissəciyin dalğa funksiyasının zamandan asılılığı bu halda faktorla verilir.

Kompleks kəmiyyət burada enerji kimi görünür E, xəyali hissə T. e. hesabına vahid vaxtda kvazistasionar vəziyyətin çürümə ehtimalını müəyyən edir:

Kvazi klassik olaraq Yaxınlaşdıqda f-loy (3) ilə verilən ehtimal eksponensial ehtiva edir. in-f-le (1) ilə eyni tipli faktor. Sferik simmetrik potensial vəziyyətində. maneə kvazistasionar vəziyyətin orbitlərdən çürümə ehtimalıdır. l f-loy ilə müəyyən edilir Budur r

1,2 inteqrandı sıfıra bərabər olan radial dönüş nöqtələridir. Amil U w 0 məsələn, potensialın klassik olaraq icazə verilən hissəsində hərəkətin xarakterindən asılıdır. o mütənasibdir. klassik maneə divarları arasında hissəciyin tezliyi. U T. e. ağır nüvələrin a-parçalanma mexanizmini anlamağa imkan verir. Hissəcik və qız nüvəsi arasında elektrostatik qüvvə var. f-loy ilə müəyyən edilən itələmə ölçü sırasının kiçik məsafələrində

nüvələr elədir ki, eff. potensial mənfi hesab edilə bilər:

T. e. Günəşdə və ulduzlarda onlarla və yüz milyonlarla dərəcə temperaturda baş verən termonüvə reaksiyalarının mümkünlüyünü müəyyən edir (bax. Ulduzların təkamülü), həmçinin yerüstü şəraitdə termonüvə partlayışları və ya CTS şəklində.

Zəif keçirici maneə ilə ayrılmış iki eyni quyudan ibarət simmetrik potensialda, yəni. quyularda vəziyyətlərə gətirib çıxarır ki, bu da diskret enerji səviyyələrinin zəif ikiqat parçalanmasına gətirib çıxarır (inversiya parçalanması adlanır; bax Molekulyar spektrlər)

. Kosmosda sonsuz dövri dəliklər dəsti üçün hər səviyyə enerjilər zonasına çevrilir. Bu, dar elektron enerjilərinin əmələ gəlməsi mexanizmidir. elektronların qəfəs sahələrinə güclü birləşməsi ilə kristallarda zonalar.

Yarımkeçirici kristala elektrik cərəyanı verilərsə. sahəsində, sonra icazə verilən elektron enerjilərinin zonaları fəzada meylli olur. Beləliklə, post səviyyəsi elektron enerjisi bütün zonaları keçir. Bu şərtlərdə elektronun bir enerji səviyyəsindən keçidi mümkün olur. zonaları digərinə görə T. e. Klassik olaraq əlçatmaz ərazi qadağan edilmiş enerjilər zonasıdır. Bu fenomen deyilir. Zenerin pozulması. Kvasiklassik yaxınlaşma burada elektrik intensivliyinin kiçik bir dəyərinə uyğundur. sahələr. Bu hədddə Zenerin qırılma ehtimalı əsasən müəyyən edilir. eksponensial, kəsmə göstəricisində böyük bir mənfi var. qadağan edilmiş enerjinin eninin nisbətinə mütənasib bir dəyər. zona, vahid hüceyrənin ölçüsünə bərabər məsafədə tətbiq olunan sahədə elektronun qazandığı enerjiyə. maneənin hündürlüyündən azdır. Hissəcik impulsu Bənzər bir təsir görünür tunel diodları, zonaların yarımkeçiricilərə görə meylli olduğu

- Və n.

-təmas sərhədinin hər iki tərəfində yazın. Tunelləmə, daşıyıcının getdiyi zonada işğal olunmamış vəziyyətlərin sonlu sıxlığının olması səbəbindən baş verir. Təşəkkürlər T. e. elektrik mümkündür nazik dielektriklə ayrılmış iki metal arasındakı cərəyan. bölmə. Bu metallar həm normal, həm də həddindən artıq keçirici vəziyyətdə ola bilər. Sonuncu halda ola bilər Josephson effekti T. e. Güclü elektrik cərəyanlarında baş verən bu cür hadisələrə bağlıdır. sahələr, məsələn, atomların avtoionlaşması (bax- tədqiq olunan səthin müxtəlif nöqtələrindən tunel cərəyanını ölçən və onun heterojenliyinin xarakteri haqqında məlumat verən cihaz.

T. e. tək hissəcikdən ibarət kvant sistemlərində mümkün deyil. Beləliklə, məsələn, kristallarda aşağı temperaturlu hərəkət bir çox hissəciklərdən ibarət olan dislokasiyanın son hissəsinin tunellənməsi ilə əlaqələndirilə bilər. Bu tip məsələlərdə xətti dislokasiya əvvəlcə ox boyunca uzanan elastik sim kimi təqdim edilə bilər. saat potensialın yerli minimumlarından birində V(x, y). Bu potensialdan asılı deyil saat, və onun ox boyunca relyef inteqrasiya klassik olaraq əlçatmaz bir regionda həyata keçirilir, kristala tətbiq olunan mexaniki qüvvədən asılı olaraq hər biri digərindən müəyyən qədər aşağı olan yerli minimumların ardıcıllığıdır. . Bu gərginliyin təsiri altında dislokasiyanın hərəkəti müəyyən edilmiş bitişik minimuma tunelləşməyə qədər azalır. dislokasiya seqmenti, sonradan qalan hissəsinin orada çəkilməsi. Hərəkət üçün eyni növ tunel mexanizmi cavabdeh ola bilər yük sıxlığı dalğaları Peierls (bax).

Peierls keçidi bu halda münasibətdən müəyyən edilir Belə çoxölçülü kvant sistemlərinin tunel effektlərini hesablamaq üçün yarımklassik metodlardan istifadə etmək rahatdır. şəklində dalğa funksiyasının təqdim edilməsi S Belə çoxölçülü kvant sistemlərinin tunel effektlərini hesablamaq üçün yarımklassik metodlardan istifadə etmək rahatdır. şəklində dalğa funksiyasının təqdim edilməsi- klassik sistem hərəkəti. T. üçün e. xəyali hissəsi əhəmiyyətlidir

, klassik olaraq əlçatmaz bölgədə dalğa funksiyasının zəifləməsini təyin edir.

Onu hesablamaq üçün mürəkkəb traektoriyalar metodundan istifadə olunur. Kvant hissəciklərinin aşılması potensialı. baryer termostata qoşula bilər. Klassikdə Mexanikada bu, sürtünmə ilə hərəkətə uyğundur. Beləliklə, tunelləşməni təsvir etmək üçün adlı bir nəzəriyyədən istifadə etmək lazımdır dissipativ. Bu cür mülahizələr Josephson kontaktlarının cari vəziyyətlərinin sonlu ömrünü izah etmək üçün istifadə edilməlidir. Bu vəziyyətdə tunelləşmə baş verir. kvant hissəciyi maneədən keçir və termostat rolunu normal elektronlar oynayır. Lit.:.

Landau L. D., Lifshits E. M., Quantum Mechanics, 4-cü nəşr, M., 1989; Ziman J., Bərk Dövlət Nəzəriyyəsinin Prinsipləri, trans. İngilis dilindən, 2-ci nəşr, M., 1974; Baz A. İ., Zeldoviç Ya., Perelomov A. M., qeyri-relativistik kvant mexanikasında səpilmə, reaksiyalar və çürümələr, 2-ci nəşr, M., 1971; Bərk cisimlərdə tunel hadisələri, trans. İngilis dilindən, M., 1973; Likharev K.K., Josephson qovşaqlarının dinamikasına giriş, M., 1985.

Yerdə qazılmış sferik çuxurun içərisində yuvarlanan bir top təsəvvür edin. Zamanın istənilən anında topun enerjisi onun kinetik enerjisi ilə cazibə qüvvəsinin potensial enerjisi arasında topun çuxurun dibinə nisbətən nə qədər hündürlüyündən asılı olaraq (termodinamikanın birinci qanununa görə) nisbətdə paylanır. Top çuxurun kənarına çatdıqda, iki ssenari mümkündür. Əgər onun ümumi enerjisi topun yerləşdiyi yerin hündürlüyü ilə müəyyən edilən qravitasiya sahəsinin potensial enerjisindən artıq olarsa, o, çuxurdan sıçrayacaq. Topun ümumi enerjisi çuxurun kənarı səviyyəsində potensial cazibə enerjisindən azdırsa, top aşağı, geri dəliyə, əks tərəfə doğru yuvarlanacaq; potensial enerji topun ümumi enerjisinə bərabər olduğu anda o dayanacaq və geriyə yuvarlanacaq. İkinci halda, top ona əlavə kinetik enerji verilməsə - məsələn, onu itələməklə heç vaxt çuxurdan yuvarlanmayacaq. Nyutonun mexanika qanunlarına görə, öz enerjisi bortdan yuxarı yuvarlanmaq üçün kifayət etmədikdə, top əlavə sürət vermədən heç vaxt dəlikdən çıxmayacaq.

İndi təsəvvür edin ki, çuxurun kənarları yerin səthindən yuxarı qalxır (ay kraterləri kimi). Əgər top belə bir çuxurun yuxarı tərəfinə düşə bilsə, daha da yuvarlanacaq. Yadda saxlamaq lazımdır ki, topun və çuxurun Nyuton dünyasında topun yuxarı kənara çatmaq üçün kifayət qədər kinetik enerjisi yoxdursa, topun çuxurun kənarından daha da yuvarlanmasının heç bir mənası yoxdur. Kənara çatmazsa, o, sadəcə çuxurdan çıxmayacaq və müvafiq olaraq, heç bir şəraitdə, heç bir sürətlə kənara çıxmayacaq və kənarın kənarından kənar səthin hündürlüyündən asılı olmayaraq, heç bir yerə yuvarlanmayacaq.

Kvant mexanikası dünyasında hər şey fərqlidir. Təsəvvür edək ki, belə bir dəlik kimi bir şeydə kvant hissəciyi var. Bu halda, biz artıq real fiziki dəlikdən deyil, fiziklərin adlandırmağa razılaşdıqları şeydən çıxmasına mane olan maneəni dəf etmək üçün bir hissəciyin müəyyən enerji təchizatı tələb etdiyi şərti vəziyyətdən danışırıq. "potensial çuxur". Bu çuxurda da yan tərəfin enerji analoqu var - sözdə "potensial maneə". Beləliklə, əgər potensial maneədən kənarda enerji sahəsinin intensivliyi zərrəciyin malik olduğu enerjidən aşağı olarsa, bu hissəciyin real kinetik enerjisi “aşmaq” üçün kifayət etməsə belə, onun “boşalmaq” şansı var. Nyuton mənasında lövhənin kənarı. Potensial maneədən keçən hissəciyin bu mexanizmi kvant tunel effekti adlanır.

Bu belə işləyir: kvant mexanikasında hissəcik dalğa funksiyası vasitəsilə təsvir edilir ki, bu da hissəciyin müəyyən bir yerdə yerləşmə ehtimalı ilə bağlıdır. hal-hazırda vaxt. Əgər hissəcik potensial maneə ilə toqquşarsa, Şrödinger tənliyi hissəciyin ondan keçmə ehtimalını hesablamağa imkan verir, çünki dalğa funksiyası maneə tərəfindən sadəcə enerjili şəkildə udulmur, həm də çox tez – eksponensial şəkildə sönür. Başqa sözlə, kvant mexanikası dünyasında potensial maneə bulanıq olur. O, təbii ki, hissəciyin hərəkətinə mane olur, lakin klassik Nyuton mexanikasında olduğu kimi möhkəm, keçilməz sərhəd deyil.

Əgər maneə kifayət qədər aşağıdırsa və ya zərrəciyin ümumi enerjisi həddə yaxındırsa, dalğa funksiyası hissəcik maneənin kənarına yaxınlaşdıqca sürətlə azalsa da, onu aşmaq şansı yaradır. Yəni müəyyən ehtimal var ki, zərrəcik potensial maneənin o biri tərəfində aşkarlanacaq - Nyuton mexanikası dünyasında bu, qeyri-mümkün olardı. Və hissəcik maneənin kənarını keçdikdən sonra (qoy ay kraterinin formasına sahib olsun), o, sərbəst şəkildə çıxdığı dəlikdən kənar yamacından aşağı yuvarlanacaq.

Kvant tunel qovşağı, hissəciyin potensial maneədən bir növ “sızması” və ya “süzülməsi” kimi düşünülə bilər, bundan sonra hissəcik maneədən uzaqlaşır. Bu cür hadisələrə təbiətdə olduğu kimi, çoxlu nümunələr də var müasir texnologiyalar. Tipik bir radioaktiv parçalanmanı götürək: ağır nüvə iki proton və iki neytrondan ibarət alfa hissəciyi buraxır. Bir tərəfdən bu prosesi elə təsəvvür etmək olar ki, ağır nüvə öz daxilində nüvədaxili bağlayıcı qüvvələr vasitəsilə alfa hissəciyini saxlayır, necə ki, bizim nümunəmizdə top dəlikdə tutulurdu. Bununla belə, bir alfa hissəciyi nüvədaxili bağların maneəsini aşmaq üçün kifayət qədər sərbəst enerjiyə malik olmasa belə, onun nüvədən ayrılma ehtimalı hələ də mövcuddur. Və kortəbii alfa emissiyasını müşahidə etməklə biz tunel effektinin reallığının eksperimental təsdiqini alırıq.

Başqa mühüm nümunə tunel effekti - ulduzları enerji ilə təmin edən termonüvə birləşmə prosesi (bax: Ulduzların təkamülü). Termonüvə birləşməsinin mərhələlərindən biri iki deyterium nüvəsinin (hər biri bir proton və bir neytron) toqquşması, nəticədə helium-3 nüvəsinin (iki proton və bir neytron) əmələ gəlməsi və bir neytronun emissiyasıdır. Coulomb qanununa görə, eyni yüklü iki hissəcik arasında (bu halda deyterium nüvələrinin bir hissəsi olan protonlar) ən güclü qüvvə qarşılıqlı itələmə - yəni güclü potensial maneə var. Nyutonun dünyasında deuterium nüvələri helium nüvəsini sintez etmək üçün kifayət qədər yaxınlaşa bilməzdi. Lakin ulduzların dərinliklərində temperatur və təzyiq o qədər yüksəkdir ki, nüvələrin enerjisi onların birləşmə həddinə yaxınlaşır (bizim mənada nüvələr demək olar ki, maneənin kənarındadır), nəticədə tunel effekti fəaliyyətə başlayır, termonüvə sintezi baş verir - və ulduzlar parlayır.

Nəhayət, tunel effekti artıq elektron mikroskop texnologiyasında praktikada istifadə olunur. Bu alətin hərəkəti zondun metal ucunun tədqiq olunan səthə son dərəcə qısa məsafədə yaxınlaşmasına əsaslanır. Bu halda potensial maneə metal atomlarından gələn elektronların tədqiq olunan səthə axmasına mane olur. Tədqiq olunan səth boyunca zond son dərəcə yaxın məsafədə hərəkət edərkən, sanki atom atom hərəkət edir. Zond atomlara yaxın olduqda, maneə onların arasından keçən zamandan daha aşağı olur. Müvafiq olaraq, cihaz bir atomu "əllədikdə", tunel effekti nəticəsində elektron sızmasının artması səbəbindən cərəyan artır və atomlar arasındakı boşluqlarda cərəyan azalır. Bu imkan verir daha ətraflı səthlərin atom strukturlarını tədqiq edin, onları sanki "xəritələyin". Yeri gəlmişkən, elektron mikroskoplar maddənin quruluşunun atom nəzəriyyəsinin son təsdiqini təmin edir.