Potentsiaalbarjäär

Potentsiaalbarjäär on mõiste kvantmehaanikas, mis kirjeldab olukorda, kus osakesel on mitte-null tõenäosus läbida klassikalises füüsikas ületamatut energiabarjääri. Kui osakese energia on väiksem kui barjääri kõrgus, oleks selle klassikalise mehaanika järgi võimatu barjääri ületada. Kvantmehaanika kohaselt aga eksisteerib alati väike tõenäosus, et osake võib barjääri "läbi tunneldada", isegi kui sellel puudub selleks piisavalt energiat.

Selle nähtuse selgitamiseks kasutatakse lainefunktsiooni. Kui osake kohtab potentsiaalbarjääri, ei peatu selle lainefunktsioon järsult barjääri juures. Selle asemel väheneb lainefunktsiooni amplituud eksponentsiaalselt barjääri sees. Kui barjäär on piisavalt kitsas, võib lainefunktsioonil olla mitte-null väärtus ka barjääri teisel poolel. See mitte-null väärtus tähendab, et osakese leidmise tõenäosus barjääri teisel poolel on samuti mitte-null.

Potentsiaalbarjääri tunneliefekt on oluline paljudes füüsika valdkondades. Näiteks mängib see rolli radioaktiivses lagunemises, scanning tunneling microscope (STM) töös ja keemilistes reaktsioonides, kus see võimaldab elektronidel läbida aktivatsioonibarjääre. Efekti tõenäosus sõltub osakese massist, barjääri kõrgusest ja laiusest ning osakese enda energiast. Mida kõrgem ja laiem on barjäär, seda väiksem on tunneliefekti tõenäosus.