Tasavvur qiling, siz kichkina koptokchani xonangiz devoriga otib, uni devorga urilib qaytishida yana tutib olib, o‘ynamoqdasiz. Albatta, har safar koptokchani devorga otganingizda u devorga borib urilib qaytadi

Tunnel effekti, tunnel- potentsial to'siqni, agar uning umumiy energiyasi (tunnel paytida o'zgarishsiz qoladi) to'siq balandligidan past bo'lsa, mikropartikul tomonidan engib o'tish. Tunnel effekti - bu tabiiy hodisadir, buni iloji yo'q; Tunnel effektining analogi, yorug'lik to'lqinining aks etuvchi muhitga (yorug'lik to'lqin uzunligi tartibidagi masofalarda) kirib borishi bo'lishi mumkin. Tunnel fenomeni molekulyar fizikada, atom yadrosi fizikasida va boshqalarda ko'plab muhim jarayonlar yotadi.

Nazariya

Tunnel effekti oxir-oqibat nisbati bilan izohlanadi (shuningdek qarang: To'lqin-korpuskulyar dualizm). Klassik zarracha potentsial balandlik to'sig'ining ichida bo'lolmaydi V agar uning energiyasi E bo'lsa< V, таккаккинетическаяэнергиячастицы p 2 / 2m = E. − V bu holda salbiy bo'ladi va uning turtki bo'ladi R- xayoliy miqdor ( m bu zarrachaning massasi). Biroq, bu xulosa mikropartikula uchun haqiqiy emas: noaniqlik munosabati tufayli, zarrachaning to'siq ichidagi fazoviy hududga o'rnatilishi uning momentumini aniqlanmagan qiladi. Shu sababli, klassik mexanika nuqtai nazaridan taqiqlangan hudud ichida mikropartikulani aniqlash ehtimoli nolga teng emas. Shunga ko'ra, potentsial to'siqdan o'tuvchi zarrachaning ma'lum bir ehtimoli paydo bo'ladi, bu tunnel ta'siriga mos keladi. Bu ehtimollik qanchalik katta bo'lsa, zarracha massasi qanchalik kichik bo'lsa, potentsial to'siq torroq bo'ladi va zarrachaning to'siq balandligiga etishish uchun energiyasi kam bo'ladi (ya'ni farq qanchalik kichik bo'lsa) V − E. ).

To'siqdan o'tish ehtimoli tunnel effektining jismoniy xususiyatlarini belgilovchi asosiy omil hisoblanadi. Bir o'lchovli potentsial to'siq bo'lsa, bunday xarakteristikasi shaffoflik koeffitsienti bo'lib, u orqali o'tuvchi zarrachalar oqimining to'siqqa tushgan oqimga nisbatiga tengdir. Uch o'lchovli potentsial to'siq potentsial energiyasi (potentsial quduq) kamaygan holda, kosmosning yopiq hududini chegaralasa, tunnel effekti ehtimollik bilan tavsiflanadi. w zarrachaning bu maydondan vaqt birligiga chiqishi; kattalik w to’siqdan o’tish ehtimoli bo’yicha potensial quduq ichidagi zarrachaning tebranish chastotasi mahsulotiga tengdir. Zarrachaning dastlab potentsial quduqdan tashqariga "chiqib ketishi" ehtimoli, zarrachalarning mos keladigan energiya darajalari tartibining cheklangan kengligiga ega bo'lishiga olib keladi. hw (h-), va bu shtatlarning o'zi kvazi statsionarga aylanadi.

Misollar

Atom fizikasida tunnel effektining namoyon bo'lishiga kuchli elektr maydonida atomning avtionizatsiyasi jarayonlari misol bo'la oladi. So'nggi paytlarda kuchli elektromagnit to'lqin sohasida atomning ionlanish jarayoni alohida e'tiborni tortdi. Yadro fizikasida tunnel effekti radioaktiv yadrolarning qonunlarini tushunishga asoslanadi: qisqa masofali yadroviy tortishish kuchlari va elektrostatik (Kulon) itarish kuchlarining birgalikdagi harakati natijasida a-zarracha, yadrodan chiqib ketganda. , yuqorida tavsiflangan turdagi uch o'lchovli potentsial to'siqni engib o'tish kerak (). Tunnelsiz termoyadroviy reaktsiyalarning borishi imkonsiz bo'lar edi: sintez uchun zarur bo'lgan reaktiv yadrolarining yaqinlashishiga to'sqinlik qilish, qisman bunday yadrolarning yuqori tezligi (yuqori harorat) tufayli, va qisman tunnel effekti tufayli engiladi.

Ayniqsa, qattiq holat fizikasida tunnel effektining namoyon bo'lishining ko'plab misollari bor: metall va yarimo'tkazgichlardan elektronlarning maydonga emissiyasi (qarang. Tunnel emissiyasi); kuchli elektr maydoniga joylashtirilgan yarimo'tkazgichlardagi hodisalar (qarang); kristalli panjara ichida valent elektronlarning migratsiyasi (qarang); Oddiy metall yoki dielektrikli yupqa plyonka bilan ajratilgan ikkita supero'tkazgichlar orasidagi aloqada paydo bo'ladigan ta'sirlar (qarang) va boshqalar.