kvantemekanisk tunnelering

Kvantemekanisk tunnelering er et fenomen i kvantemekanikken. Det er at partikler i noen tilfeller kan bevege seg gjennom en barriere, selv om klassisk fysikk tilsier at de ikke har tilstrekkelig energi til det.

Beskrivelse

Ifølge klassisk fysikk må en partikkel (grå kule) ha tilstrekkelig energi E for å bevege seg inn i eller gjennom et område hvor en potensialbarriere V eksisterer (blå region i bildet). Med andre ord må E > V. Kvantemekanisk kan en partikkel med energi som har mindre energi enn barrieren, det vil si E <V, likevel ha en viss sannsynlighet for å kunne bevege seg gjennom barrieren. Dette kalles for tunnelering.

Av .
Lisens: Public domain

I kvantemekanikken kan en partikkel bevege seg i strid med de grensene partikkelens energi eller bevegelsesmengde skulle tilsi, så lenge denne bevegelsen skjer innenfor grensene gitt av Heisenbergs usikkerhetsrelasjon. Det betyr at en partikkel kan bevege seg gjennom (eller over) en barriere den ifølge klassisk fysikk ikke skulle kunne overvinne. Slike effekter observeres i en rekke kvantemekaniske systemer, blant annet α-henfall.

Sannsynligheten for kvantemekanisk tunnelering avhenger eksponensielt av barrieretykkelsen. Tunneleringseffekter kan følgelig ha svært varierende overgangssannsynligheter eller levetider. For α-henfall observeres for eksempel levetider fra brøkdeler av sekunder til milliarder av år.

Anvendelser

Kvantemekanisk tunnelering av elektroner brukes i den eksperimentelle teknikken STM (Scanning Tunneling Microscopy), som er av sentral betydning innenfor faststoff-fysikk.

I utformingen av transistorer er også tunnelering av betydning, siden fenomenet setter en praktisk begrensning på hvor små transistorene kan bli før sannsynligheten for at elektroner tunnelerer forbi dem blir for høy.

Kvantetunnelering er også avgjørende for å opprettholde kjernefusjonen som finner sted i stjerner.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg