kvantumátjutás

Kvantumátjutás (angolul quantum tunneling) a kvantummechanikában olyan jelenség, amely során egy részecske olyan potenciálgátat is átjuthat, amelyet energiájával a klasszikus fizika szerint nem tudna leküzdeni. Ennek oka a részecske hullámszerű természete: a hullámfüggvény a gátba és a gát túlra is kiterjed, ezért a átjutásnak nem zéró, hanem korlátozott valószínűsége van. Egy egyszerű, egydimenziós modellben a Schrödinger-egyenlet megoldásai exponenciálisan csökkenő amplitúdót adnak a klasszikus értelemben tilos régióban, ami átjutási valószínűséget eredményez.

A kvantumátjutás több tényezőtől függ: a gát magassága és szélessége, a részecske tömege és energiája, valamint a gát anyaga. Minél nagyobb a tömeg vagy a gát szélessége, annál kisebb a valószínűség; könnyebb részecskéknél és vékony gátaknál nő az esély.

Jelenség számos természetes és technológiai kontextusban megfigyelhető. A nukleáris fizika alfa-sugárzásának magyarázata ezen tunnelingen keresztül történik. Kémiai reakciókban elektron- vagy protontunneling befolyásolhatja a reakciók sebességét, különösen alacsony hőmérsékleten. Az anyagtudományban az Esaki-dióda működéséhez szükséges átjutás, illetve a Scanning Tunneling Microscope (STM) működése is kvantumtunnelésen alapul. Szupervezetőkben a Cooper-párok közötti tunneling a Josephson-junctionok lényeges összetevője.

Történeti megjegyzések: 1928-ban Gamow és később Gurney és Condon mutatták ki, hogy a tunneling magyarázza az alfa-decayt. A kvantumátjutás ma a kvantummechanika egyik alapeleme, amely megmutatja, hogyan határozzák meg a valószínűségek és a hullámegyenletek a mikrovilág viselkedését.