Kesan terowong. Kesan terowong kuantum

Kesan terowong adalah fenomena yang menakjubkan, sama sekali mustahil dari sudut pandangan fizik klasik. Tetapi dalam dunia kuantum yang misteri dan misteri, undang-undang interaksi yang sedikit berbeza antara jirim dan tenaga beroperasi. Kesan terowong ialah proses mengatasi halangan berpotensi tertentu, dengan syarat tenaganya kurang daripada ketinggian halangan. Fenomena ini secara eksklusif bersifat kuantum dan bercanggah sepenuhnya dengan semua undang-undang dan dogma mekanik klasik. mereka dunia yang lebih menakjubkan, di mana kita tinggal.

Cara terbaik untuk memahami kesan terowong kuantum adalah dengan menggunakan contoh bola golf yang dilancarkan ke dalam lubang dengan sedikit kekuatan. Pada mana-mana unit masa tertentu, jumlah tenaga bola adalah bertentangan dengan potensi daya graviti. Jika kita menganggap bahawa ia lebih rendah daripada daya graviti, maka objek yang ditentukan tidak akan dapat meninggalkan lubang itu sendiri. Tetapi ini selaras dengan undang-undang fizik klasik. Untuk mengatasi tepi lubang dan meneruskan perjalanannya, ia pasti memerlukan dorongan kinetik tambahan. Inilah yang dikatakan oleh Newton yang hebat.

Dalam dunia kuantum, perkara agak berbeza. Sekarang mari kita anggap bahawa terdapat zarah kuantum di dalam lubang itu. Dalam kes ini, kita tidak lagi akan bercakap tentang kemurungan fizikal sebenar di dalam tanah, tetapi tentang apa yang secara konvensional dipanggil oleh ahli fizik sebagai "lubang berpotensi." Magnitud ini juga mempunyai analog dari sisi fizikal - penghalang tenaga. Di sini keadaan berubah paling radikal. Agar apa yang dipanggil peralihan kuantum berlaku dan zarah muncul di luar halangan, syarat lain diperlukan.

Jika ketegangan luaran medan tenaga lebih kecil daripada zarah, maka ia mempunyai peluang sebenar tanpa mengira ketinggiannya. Walaupun ia tidak mempunyai tenaga kinetik yang mencukupi dalam pemahaman fizik Newtonian. Ini adalah kesan terowong yang sama. Ia berfungsi seperti berikut. adalah tipikal untuk menggambarkan mana-mana zarah bukan dengan bantuan sesetengah orang kuantiti fizik, tetapi melalui fungsi gelombang yang dikaitkan dengan kebarangkalian zarah itu terletak pada titik tertentu dalam ruang pada setiap unit masa tertentu.

Apabila zarah berlanggar dengan halangan tertentu, menggunakan persamaan Schrödinger, anda boleh mengira kebarangkalian untuk mengatasi halangan ini. Oleh kerana penghalang bukan sahaja menyerap tenaga tetapi juga memadamkannya secara eksponen. Dalam erti kata lain, dalam dunia kuantum tidak ada halangan yang tidak dapat diatasi, tetapi hanya syarat tambahan, di mana zarah mungkin berakhir di luar halangan ini. Pelbagai halangan, tentu saja, mengganggu pergerakan zarah, tetapi tidak bermakna sempadan yang kukuh dan tidak dapat ditembusi. Secara konvensional, ini adalah sejenis sempadan antara dua dunia - fizikal dan bertenaga.

Kesan terowong mempunyai analognya dalam fizik nuklear - autoionisasi atom dalam medan elektrik yang kuat. Fizik keadaan pepejal juga banyak terdapat dalam contoh manifestasi terowong. Ini termasuk pelepasan medan, migrasi, serta kesan yang timbul pada sentuhan dua superkonduktor yang dipisahkan oleh filem dielektrik nipis. Terowong memainkan peranan yang luar biasa dalam pelaksanaan pelbagai proses kimia dalam keadaan suhu rendah dan kriogenik.

Bolehkah bola terbang melalui dinding, supaya dinding itu kekal di tempatnya tanpa rosak, dan tenaga bola tidak berubah? Sudah tentu tidak, jawapannya mencadangkan sendiri, ini tidak berlaku dalam kehidupan. Untuk terbang melalui dinding, bola mesti mempunyai tenaga yang mencukupi untuk menembusinya. Dengan cara yang sama, jika anda mahu bola dalam rongga berguling di atas bukit, anda perlu menyediakannya dengan bekalan tenaga yang mencukupi untuk mengatasi halangan berpotensi - perbezaan tenaga potensi bola di bahagian atas dan dalam. yang berongga. Badan yang pergerakannya diterangkan oleh undang-undang mekanik klasik mengatasi halangan potensi hanya apabila mereka mempunyai jumlah tenaga lebih besar daripada tenaga keupayaan maksimum.

Bagaimanakah keadaan di mikrokosmos? Zarah mikro mematuhi undang-undang mekanik kuantum. Mereka tidak bergerak di sepanjang trajektori tertentu, tetapi "dilumur" di angkasa, seperti gelombang. Sifat gelombang mikrozarah ini membawa kepada fenomena yang tidak dijangka, dan antaranya mungkin yang paling mengejutkan ialah kesan terowong.

Ternyata dalam mikrokosmos "dinding" boleh kekal di tempatnya, dan elektron terbang melaluinya seolah-olah tiada apa-apa yang berlaku.

Zarah mikro mengatasi halangan berpotensi, walaupun tenaganya kurang daripada ketinggiannya.

Penghalang berpotensi dalam mikrokosmos sering dicipta oleh daya elektrik, dan fenomena ini pertama kali ditemui semasa penyinaran nukleus atom zarah bercas. Adalah tidak baik untuk zarah bercas positif, seperti proton, mendekati nukleus, kerana, mengikut undang-undang, daya tolakan bertindak antara proton dan nukleus. Oleh itu, untuk membawa proton lebih dekat dengan nukleus, kerja mesti dilakukan; Graf tenaga keupayaan kelihatan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 1. Benar, ia cukup untuk proton mendekati nukleus (pada jarak cm), dan berkuasa kuasa nuklear tarikan (interaksi kuat) dan ia ditangkap oleh nukleus. Tetapi anda mesti terlebih dahulu mendekati, mengatasi halangan yang berpotensi.

Dan ternyata proton boleh melakukan ini, walaupun tenaganya E kurang daripada ketinggian penghalang. Seperti biasa dalam mekanik kuantum, adalah mustahil untuk mengatakan dengan pasti bahawa proton akan menembusi nukleus. Tetapi terdapat kebarangkalian tertentu laluan terowong sedemikian berpotensi halangan. Kebarangkalian ini lebih besar, lebih kecil perbezaan tenaga dan lebih kecil jisim zarah (dan pergantungan kebarangkalian pada magnitud adalah sangat tajam - eksponen).

Berdasarkan idea terowong, D. Cockcroft dan E. Walton menemui pembelahan buatan nukleus pada tahun 1932 di Makmal Cavendish. Mereka membina pemecut pertama, dan walaupun tenaga proton dipercepatkan tidak mencukupi untuk mengatasi halangan berpotensi, proton, terima kasih kepada kesan terowong, menembusi ke dalam nukleus dan menyebabkan tindak balas nuklear. Kesan terowong juga menjelaskan fenomena pereputan alfa.

Kesan terowong telah menemui aplikasi penting dalam fizik keadaan pepejal dan elektronik.

Bayangkan bahawa filem logam digunakan pada plat kaca (substrat) (biasanya ia diperoleh dengan mendepositkan logam dalam vakum). Kemudian ia teroksida, mencipta di permukaan lapisan dielektrik (oksida) hanya beberapa puluh angstrom tebal. Dan sekali lagi mereka menutupnya dengan filem logam. Hasilnya akan menjadi apa yang dipanggil "sandwic" (secara harfiah, ini perkataan Inggeris dipanggil dua keping roti, sebagai contoh, dengan keju di antara mereka), atau, dengan kata lain, sentuhan terowong.

Bolehkah elektron bergerak dari satu filem logam ke yang lain? Nampaknya tidak - lapisan dielektrik mengganggu mereka. Dalam Rajah. Rajah 2 menunjukkan graf tenaga keupayaan elektron lawan kedudukan. Dalam logam, elektron bergerak bebas dan tenaga keupayaannya adalah sifar. Untuk memasuki dielektrik, adalah perlu untuk melaksanakan fungsi kerja, yang lebih besar daripada tenaga kinetik (dan oleh itu jumlah) elektron.

Oleh itu, elektron dalam filem logam dipisahkan oleh halangan berpotensi, yang ketinggiannya sama dengan .

Jika elektron mematuhi undang-undang mekanik klasik, maka halangan sedemikian tidak dapat diatasi untuk mereka. Tetapi disebabkan oleh kesan terowong, dengan beberapa kebarangkalian, elektron boleh menembusi melalui dielektrik dari satu filem logam ke yang lain. Oleh itu, filem dielektrik nipis ternyata telap kepada elektron - arus terowong yang dipanggil boleh mengalir melaluinya. Walau bagaimanapun, jumlah arus terowong adalah sifar: bilangan elektron yang bergerak dari filem logam bawah ke atas, bilangan yang sama pada purata bergerak, sebaliknya, dari filem atas ke bawah.

Bagaimanakah kita boleh menjadikan arus terowong berbeza daripada sifar? Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk memecahkan simetri, sebagai contoh, sambungkan filem logam ke sumber dengan voltan U. Kemudian filem itu akan memainkan peranan plat kapasitor, dan dalam lapisan dielektrik a medan elektrik. Dalam kes ini, lebih mudah bagi elektron dari filem atas untuk mengatasi halangan daripada elektron dari filem bawah. Akibatnya, arus terowong berlaku walaupun pada voltan sumber rendah. Sentuhan terowong memungkinkan untuk mengkaji sifat elektron dalam logam dan juga digunakan dalam elektronik.

KESAN TEROWONG(terowong) - peralihan kuantum sistem melalui kawasan pergerakan yang dilarang oleh klasik mekanik. Contoh tipikal proses sedemikian ialah laluan zarah melalui halangan berpotensi apabila tenaganya kurang daripada ketinggian penghalang. Momentum zarah r dalam kes ini, ditentukan daripada hubungan di mana U(x) - potensi tenaga zarah ( T - jisim), akan berada di kawasan di dalam penghalang, kuantiti khayalan. DALAM mekanik kuantum terima kasih kepada hubungan ketidakpastian Di antara impuls dan koordinat, gerakan subbarrier menjadi mungkin. Fungsi gelombang zarah di rantau ini mereput secara eksponen, dan dalam kuasiklasik kes (lihat Penghampiran separa klasik

)amplitudnya pada titik keluar dari bawah penghalang adalah kecil. Salah satu rumusan masalah tentang laluan potensi. penghalang sepadan dengan kes apabila aliran zarah pegun jatuh pada penghalang dan adalah perlu untuk mencari nilai aliran yang dihantar. Untuk masalah sedemikian, pekali diperkenalkan. ketelusan halangan (pekali peralihan terowong) D

, sama dengan nisbah keamatan aliran yang dihantar dan kejadian. Dari keterbalikan masa ia mengikuti bahawa pekali. Ketelusan untuk peralihan dalam arah "ke hadapan" dan arah belakang adalah sama. Dalam kes satu dimensi, pekali. ketelusan boleh ditulis sebagai integrasi dijalankan di kawasan yang tidak boleh diakses secara klasik, 1,2 - titik pusingan ditentukan daripada keadaan Pada titik pusingan dalam had klasik. mekanik, momentum zarah menjadi sifar. Salah satu rumusan masalah tentang laluan potensi. penghalang sepadan dengan kes apabila aliran zarah pegun jatuh pada penghalang dan adalah perlu untuk mencari nilai aliran yang dihantar. Untuk masalah sedemikian, pekali diperkenalkan. ketelusan halangan (pekali peralihan terowong) Coef.

0 memerlukan untuk definisinya penyelesaian tepat mekanik kuantum. tugasan.

Jika syarat kuasiklasik dipenuhi sepanjang keseluruhan halangan, kecuali yang segera kejiranan titik perubahan x Salah satu rumusan masalah tentang laluan potensi. penghalang sepadan dengan kes apabila aliran zarah pegun jatuh pada penghalang dan adalah perlu untuk mencari nilai aliran yang dihantar. Untuk masalah sedemikian, pekali diperkenalkan. ketelusan halangan (pekali peralihan terowong) 1.2 pekali Salah satu rumusan masalah tentang laluan potensi. penghalang sepadan dengan kes apabila aliran zarah pegun jatuh pada penghalang dan adalah perlu untuk mencari nilai aliran yang dihantar. Untuk masalah sedemikian, pekali diperkenalkan. ketelusan halangan (pekali peralihan terowong) 0 berbeza sedikit daripada satu. makhluk perbezaan 0 daripada perpaduan boleh, sebagai contoh, dalam kes di mana keluk potensi. tenaga dari satu sisi penghalang berjalan begitu curam sehingga separa klasik anggaran tidak boleh digunakan di sana, atau apabila tenaga hampir dengan ketinggian halangan (iaitu, ungkapan eksponen adalah kecil). Untuk ketinggian penghalang segi empat tepat U o dan lebar
A

pekali ketelusan ditentukan oleh fail Salah satu rumusan masalah tentang laluan potensi. penghalang sepadan dengan kes apabila aliran zarah pegun jatuh pada penghalang dan adalah perlu untuk mencari nilai aliran yang dihantar. Untuk masalah sedemikian, pekali diperkenalkan. ketelusan halangan (pekali peralihan terowong) di mana

Asas penghalang sepadan dengan tenaga sifar. Dalam kuasiklasik kes kecil berbanding perpaduan. Dr. Rumusan masalah laluan zarah melalui penghalang adalah seperti berikut. Biarkan zarah pada mulanya masa dalam keadaan dekat dengan apa yang dipanggil. keadaan pegun, yang akan berlaku dengan halangan yang tidak dapat ditembusi (contohnya, dengan halangan yang dinaikkan dari berpotensi dengan baik kepada ketinggian yang lebih besar daripada tenaga zarah yang dipancarkan). Negeri ini dipanggil separa pegun. Sama seperti keadaan pegun, pergantungan fungsi gelombang zarah pada masa diberikan dalam kes ini oleh faktor

Kuantiti kompleks muncul di sini sebagai tenaga E, bahagian khayalan menentukan kebarangkalian pereputan keadaan kuasi-pegun per unit masa disebabkan oleh T. e.:

Secara kuasi klasik pendekatan, kebarangkalian yang diberikan oleh f-loy (3) mengandungi eksponen. faktor jenis yang sama seperti in-f-le (1). Dalam kes potensi simetri sfera. halangan ialah kebarangkalian pereputan keadaan separa pegun dari orbit. l ditentukan oleh f-loy Di sini r

1,2 ialah titik pusing jejari, kamiran dan di dalamnya sama dengan sifar. Faktor U w 0 bergantung pada sifat pergerakan dalam bahagian potensi yang dibenarkan secara klasik, sebagai contoh. dia berkadar. klasik kekerapan zarah antara dinding penghalang. U T. e. membolehkan kita memahami mekanisme pereputan nukleus berat. Di antara zarah dan nukleus anak perempuan terdapat daya elektrostatik. tolakan ditentukan oleh f-loy Pada jarak kecil mengikut susunan saiz

nukleus adalah sedemikian eff. potensi boleh dianggap negatif:

T. e. menentukan kemungkinan tindak balas termonuklear berlaku di Matahari dan bintang pada suhu puluhan dan ratusan juta darjah (lihat. Evolusi bintang), serta dalam keadaan daratan dalam bentuk letupan termonuklear atau CTS.

Dalam potensi simetri, terdiri daripada dua telaga yang sama dipisahkan oleh penghalang telap lemah, i.e. membawa kepada keadaan dalam telaga, yang membawa kepada pemisahan dua kali ganda tahap tenaga diskret yang lemah (dipanggil pemisahan penyongsangan; lihat spektrum molekul)

. Untuk set lubang berkala yang tidak terhingga di angkasa, setiap peringkat bertukar menjadi zon tenaga. Ini adalah mekanisme untuk pembentukan tenaga elektron sempit. zon dalam kristal dengan gandingan elektron yang kuat ke tapak kekisi.

Jika arus elektrik dikenakan pada hablur semikonduktor. medan, maka zon tenaga elektron yang dibenarkan menjadi condong di angkasa. Oleh itu, peringkat jawatan tenaga elektron merentasi semua zon. Di bawah keadaan ini, peralihan elektron dari satu tahap tenaga menjadi mungkin. zon ke zon lain disebabkan T. e. Kawasan klasik yang tidak boleh diakses adalah zon tenaga terlarang. Fenomena ini dipanggil. Kerosakan Zener. Kuasiklasik anggaran sepadan di sini dengan nilai kecil keamatan elektrik. padang. Dalam had ini, kebarangkalian pecahan Zener ditentukan secara asasnya. eksponen, dalam penunjuk potong terdapat negatif yang besar. nilai yang berkadar dengan nisbah lebar tenaga terlarang. zon kepada tenaga yang diperolehi oleh elektron dalam medan yang digunakan pada jarak yang sama dengan saiz sel unit. kurang daripada ketinggian penghalang. Momentum zarah Kesan yang serupa muncul dalam diod terowong, di mana zon condong disebabkan oleh semikonduktor

- Dan n.

-taip pada kedua-dua belah sempadan kenalan mereka. Terowong berlaku disebabkan oleh fakta bahawa di zon di mana pembawa pergi terdapat kepadatan terhingga negeri yang tidak diduduki. Terima kasih kepada T. e. elektrik mungkin arus antara dua logam yang dipisahkan oleh dielektrik nipis. partition. Logam ini boleh berada dalam kedua-dua keadaan normal dan superkonduktor. Dalam kes kedua mungkin ada Kesan Josephson T. e. Fenomena sedemikian yang berlaku dalam arus elektrik yang kuat adalah disebabkan. bidang, seperti autoionisasi atom (lihat- peranti yang mengukur arus terowong dari pelbagai titik permukaan yang dikaji dan memberikan maklumat tentang sifat heterogennya.

T. e. adalah mungkin bukan sahaja dalam sistem kuantum yang terdiri daripada satu zarah. Oleh itu, sebagai contoh, gerakan suhu rendah dalam kristal boleh dikaitkan dengan terowong bahagian akhir kehelan, yang terdiri daripada banyak zarah. Dalam masalah seperti ini, kehelan linear boleh diwakili sebagai rentetan elastik, pada mulanya terletak di sepanjang paksi di dalam salah satu minima tempatan potensi V(x, y). Potensi ini tidak bergantung kepada di, dan pelepasannya di sepanjang paksi integrasi dijalankan di kawasan yang tidak boleh diakses secara klasik, ialah jujukan minima tempatan, setiap satunya lebih rendah daripada yang lain dengan jumlah bergantung pada daya mekanikal yang dikenakan pada kristal. . Pergerakan kehelan di bawah pengaruh tekanan ini dikurangkan kepada terowong ke minimum bersebelahan yang ditentukan. segmen kehelan dengan tarikan seterusnya bahagian yang tinggal di sana. Jenis mekanisme terowong yang sama mungkin bertanggungjawab untuk pergerakan itu gelombang ketumpatan cas dalam Peierls (lihat).

Peralihan Peierls dalam kes ini, ditentukan daripada hubungan Untuk mengira kesan terowong sistem kuantum multidimensi sedemikian, adalah mudah untuk menggunakan kaedah semiklasik. perwakilan fungsi gelombang dalam bentuk S Untuk mengira kesan terowong sistem kuantum multidimensi sedemikian, adalah mudah untuk menggunakan kaedah semiklasik. perwakilan fungsi gelombang dalam bentuk- klasik tindakan sistem. Untuk T. e. bahagian khayalan adalah penting

, yang menentukan pengecilan fungsi gelombang di kawasan yang tidak boleh diakses secara klasik.

Untuk mengiranya, kaedah trajektori kompleks digunakan. Zarah kuantum mengatasi potensi. penghalang mungkin disambungkan ke termostat. Dalam klasik Secara mekanikal, ini sepadan dengan gerakan dengan geseran. Oleh itu, untuk menerangkan terowong adalah perlu untuk menggunakan teori yang dipanggil melesap. Pertimbangan seperti ini mesti digunakan untuk menerangkan jangka hayat terhingga keadaan semasa kenalan Josephson. Dalam kes ini, terowong berlaku. zarah kuantum melalui penghalang, dan peranan termostat dimainkan oleh elektron biasa. Lit.:.

Landau L.D., Lifshits E.M., Quantum Mechanics, ed. ke-4, M., 1989; Ziman J., Prinsip Teori Keadaan Pepejal, terj. daripada bahasa Inggeris, ed. ke-2, M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya., Perelomov A. M., Penyebaran, tindak balas dan pereputan dalam mekanik kuantum bukan relativistik, ed. ke-2, M., 1971; Fenomena terowong dalam pepejal, trans. daripada English, M., 1973; Likharev K.K., Pengenalan kepada dinamik persimpangan Josephson, M., 1985.

Bayangkan bola bergolek di dalam lubang sfera yang digali di dalam tanah. Pada bila-bila masa, tenaga bola diagihkan di antara tenaga kinetiknya dan tenaga potensi graviti dalam perkadaran bergantung pada berapa tinggi bola adalah relatif kepada bahagian bawah lubang (mengikut undang-undang pertama termodinamik). Apabila bola sampai ke tepi lubang, dua senario mungkin. Jika jumlah tenaganya melebihi tenaga potensi medan graviti, ditentukan oleh ketinggian lokasi bola, ia akan melompat keluar dari lubang. Jika jumlah tenaga bola kurang daripada tenaga potensi graviti pada paras sisi lubang, bola akan berguling ke bawah, kembali ke dalam lubang, ke arah sisi bertentangan; pada masa apabila tenaga keupayaan adalah sama dengan jumlah tenaga bola, ia akan berhenti dan bergolek ke belakang. Dalam kes kedua, bola tidak akan keluar dari lubang melainkan tenaga kinetik tambahan diberikan kepadanya - contohnya, dengan menolaknya. Mengikut undang-undang mekanik Newton, bola tidak akan keluar dari lubang tanpa memberikannya momentum tambahan jika ia tidak mempunyai tenaga sendiri yang cukup untuk bergolek ke laut.

Sekarang bayangkan bahawa sisi lubang naik di atas permukaan bumi (seperti kawah bulan). Jika bola berjaya jatuh di atas bahagian lubang yang dinaikkan, ia akan berguling lebih jauh. Adalah penting untuk diingat bahawa dalam dunia Newtonian bola dan lubang, fakta bahawa bola akan berguling lebih jauh di atas sisi lubang tidak bermakna jika bola tidak mempunyai tenaga kinetik yang cukup untuk mencapai tepi atas. Jika ia tidak sampai ke tepi, ia tidak akan keluar dari lubang dan, dengan itu, dalam keadaan apa-apa, pada apa-apa kelajuan dan tidak akan bergolek ke mana-mana lagi, tidak kira berapa ketinggian di atas permukaan di luar tepi sisi.

Dalam dunia mekanik kuantum, perkara berbeza. Mari kita bayangkan bahawa terdapat zarah kuantum dalam sesuatu seperti lubang sedemikian. Dalam kes ini, kita tidak lagi bercakap tentang lubang fizikal sebenar, tetapi tentang situasi bersyarat apabila zarah memerlukan bekalan tenaga tertentu yang diperlukan untuk mengatasi halangan yang menghalangnya daripada keluar dari apa yang telah dipersetujui oleh ahli fizik. "lubang berpotensi". Lubang ini juga mempunyai analog tenaga sisi - yang dipanggil "penghalang berpotensi". Jadi, jika di luar halangan potensi tahap keamatan medan tenaga adalah lebih rendah daripada tenaga yang dimiliki oleh zarah, ia mempunyai peluang untuk menjadi "overboard", walaupun jika tenaga kinetik sebenar zarah ini tidak mencukupi untuk "melepasi" tepi papan dalam erti kata Newton . Mekanisme zarah yang melalui halangan berpotensi ini dipanggil kesan terowong kuantum.

Ia berfungsi seperti ini: dalam mekanik kuantum, zarah diterangkan melalui fungsi gelombang, yang berkaitan dengan kebarangkalian zarah itu terletak di tempat tertentu dalam pada masa ini masa. Jika zarah berlanggar dengan halangan berpotensi, persamaan Schrödinger membolehkan kita mengira kebarangkalian zarah menembusinya, kerana fungsi gelombang bukan sahaja diserap secara bertenaga oleh penghalang, tetapi dipadamkan dengan cepat - secara eksponen. Dalam erti kata lain, halangan berpotensi dalam dunia mekanik kuantum adalah kabur. Ia, sudah tentu, menghalang zarah daripada bergerak, tetapi bukan sempadan yang kukuh dan tidak boleh ditembusi, seperti yang berlaku dalam mekanik Newtonian klasik.

Jika halangan cukup rendah atau jika jumlah tenaga zarah hampir dengan ambang, fungsi gelombang, walaupun ia berkurangan dengan cepat apabila zarah menghampiri tepi halangan, ia memberi peluang untuk mengatasinya. Iaitu, terdapat kebarangkalian tertentu bahawa zarah itu akan dikesan di seberang halangan berpotensi - dalam dunia mekanik Newtonian ini adalah mustahil. Dan apabila zarah itu telah melintasi tepi penghalang (biarkan ia mempunyai bentuk kawah bulan), ia akan berguling ke bawah cerun luarnya dengan bebas dari lubang tempat ia muncul.

Persimpangan terowong kuantum boleh dianggap sebagai sejenis "kebocoran" atau "peresapan" zarah melalui halangan berpotensi, selepas itu zarah bergerak menjauhi halangan. Terdapat banyak contoh fenomena jenis ini dalam alam semula jadi, dan juga dalam teknologi moden. Ambil pereputan radioaktif biasa: nukleus berat mengeluarkan zarah alfa yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Di satu pihak, seseorang boleh membayangkan proses ini sedemikian rupa sehingga nukleus berat memegang zarah alfa di dalam dirinya melalui daya ikatan intranuklear, sama seperti bola itu dipegang di dalam lubang dalam contoh kita. Walau bagaimanapun, walaupun zarah alfa tidak mempunyai tenaga bebas yang mencukupi untuk mengatasi halangan ikatan intranuklear, masih terdapat kemungkinan pemisahannya daripada nukleus. Dan dengan memerhatikan pelepasan alfa spontan, kami menerima pengesahan eksperimen tentang realiti kesan terowong.

Satu lagi contoh penting kesan terowong - proses pelakuran termonuklear yang membekalkan tenaga kepada bintang (lihat Evolusi bintang). Salah satu peringkat pelakuran termonuklear ialah perlanggaran dua nukleus deuterium (satu proton dan satu neutron setiap satu), mengakibatkan pembentukan nukleus helium-3 (dua proton dan satu neutron) dan pelepasan satu neutron. Menurut hukum Coulomb, antara dua zarah dengan cas yang sama (dalam kes ini, proton yang merupakan sebahagian daripada nukleus deuterium) terdapat kuasa yang paling berkuasa tolakan bersama - iaitu, terdapat potensi halangan yang kuat. Dalam dunia Newton, nukleus deuterium tidak dapat cukup dekat untuk mensintesis nukleus helium. Walau bagaimanapun, di kedalaman bintang, suhu dan tekanan adalah sangat tinggi sehingga tenaga nukleus menghampiri ambang peleburan mereka (dalam pengertian kita, nukleus hampir berada di tepi penghalang), akibatnya kesan terowong mula beroperasi, gabungan termonuklear berlaku - dan bintang bersinar.

Akhirnya, kesan terowong sudah digunakan dalam amalan dalam teknologi mikroskop elektron. Tindakan alat ini adalah berdasarkan fakta bahawa hujung logam probe menghampiri permukaan yang dikaji pada jarak yang sangat dekat. Dalam kes ini, halangan berpotensi menghalang elektron daripada atom logam daripada mengalir ke permukaan yang dikaji. Apabila menggerakkan probe pada jarak yang sangat dekat di sepanjang permukaan yang dikaji, ia seolah-olah menggerakkan atom demi atom. Apabila probe berada dalam jarak dekat dengan atom, halangan lebih rendah daripada ketika probe melepasi di antara mereka. Oleh itu, apabila peranti "meraba-raba" untuk atom, arus meningkat disebabkan peningkatan kebocoran elektron akibat kesan terowong, dan dalam ruang antara atom arus berkurangan. Ini membolehkan dengan lebih terperinci meneroka struktur atom permukaan, secara literal "memetakannya". Dengan cara ini, mikroskop elektron memberikan pengesahan akhir teori atom struktur jirim.