kvantetunneling

Kvantetunneling er en kvantemekanisk prosess der en partikkel har en ikke-null sannsynlighet for å passere gjennom en potensiell barriere som den klassisk sett ikke kan overvinne fordi energien er lavere enn barriens høyde.

Fenomenet følger av partikkelens bølgenatur og Schrödinger-ligningen. Partikkelens bøldefunksjon strekker seg inn i den klassisk forbudte regionen, og ved grensebetingelsene får man en ikke-null sannsynlighet for å finne partikkelen på den andre siden av barrieren, selv om energien E er mindre enn V0.

I forenklede ett-dimensjonale modeller huker tunneling gjennom en barrier som har høyde V0 og bredde a, og sannsynligheten for tunneling faller eksponentielt med barriereens bredde og høyde samt partikkellasten. En grov tilnærming sier at transmisjon sannsynligheten T går som φ av eksponentialfunksjonen exp(-2κa), hvor κ er proportional med sqrt(m(V0−E))/ħ.

Historie og observasjoner: Fenomenet ble forklart i slutten av 1920-årene for å forklare alfadecay, av George Gamow og uavhengig av Ronald Gurney og Edward Condon. Begrepet tunneling er i dag allment brukt, og fenomenet har bred anvendelse i moderne fysikk og kjemi.

Anvendelser: Kvantesk tunneling spiller en sentral rolle i stjerners kjernefysiske fusjon, i radioaktive alfareaksjoner og i mange teknologiske systemer som skanner-tunneling-mikroskopet (STM), tunnel-dioder, Sagnavbrudd (Josephson-effekt) i superledere og feltutslipp fra skarpe spisser. Det er også viktig i kjemiske reaksjoner der barrierer må penetreres, og i nano- og molekylær teknologi.