تونل زنی کوانتومی

تخته سنگ بزرگی را در نظر بگیرید که به ته دره ای سقوط کرده و مدت هاست که در همان جا مانده است. چقدر تعجب می کنید اگر ببینید تخته سنگ بطور خود به خود انرژی گرفته و ناگهان شروع به بالا رفتن از دامنه دره کرده و در نهایت با خروج از دره به آن سوی دامنه کوه بغلتد. شاید باور کردنی نباشد اما مشابه چنین رویدادی به طور طبیعی به وفور در دنیای اسرار آمیز کوانتومی رخ می دهد!

41151در فیزیک کلاسیک تخته سنگ  از بالای تپه عبور داده می شود اما در فیزیک کوانتوم برای عبور تخته سنگ میان تپه تونل زنی صورت می گیرد.
در این پدیده که اصطلاحا « تونل زنی کوانتومی » نامیده می شود یک ذره کوانتومی که پشت یک سد پتانسیل گیر افتاده و از نگاه فیزیک کلاسیک ، انرژی و امکان لازم برای عبور از مانع مزبور ندارد ممکن است براساس رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ بتواند بطور موقت انرژی گرفته و ناگهان از مانع یا سد مقابل خود عبور کند و آن سوی آن برود. براساس معادله شرودینگر هر چه ارتفاع و عرض این مانع کمتر باشد احتمال عبور ذره مزبور از میان آن بیشتر خواهد بود.
وجود پدیده اسرار آمیز تونل زنی کوانتومی برای نخستین بار در سال ۱۹۲۷ میلادی توسط یک فیزیکدان آلمانی بنام فردریک هاند کشف شد. هنوز یک سال بیشتر از این کشف مهم نگذشته بود که فیزیکدان دیگری بنام جرج گاموف موفق شد بر مبنای همین پدیده شگفت انگیز معمای چگونگی گسیل ذرات آلفا از هسته های رادیواکتیو پرتو زا را حل کند. محاسبات گاموف نشان می داد که چگونه ذرانت آلفا به رغم نداشتن انرژی لازم برای رسیدن به قله سد پتانسل هسته اتمی می توانند با تونل زدن از میان این سد پتانسیل، از درون هسته اتمی فرار کرده و به بیرون هسته پرتاب شوند.

با گذشت زمان و با پیشرفت صورت گرفته در فیزیک هسته ای، فیزیک اتمی و فیزیک حالت جامد مشخص شد که پدیده تونل زنی کوانتومی در عرصه های بسیار مختلف و متعددی – از واکنش های گرما هسته ای در قلب خورشید و سایر ستارگان گرفته تا برخی پدیده های مرتبط با ابر رسانایی در جامدات- نقش ایفا می کند. در سال ۱۹۵۸ میلادی یک فیزیکدان ژاپنی بنام لئو ازاکی یک نوع دیود بنام « دیود تونلی » را که بر مبنای پدیده تونل زنی الکترون ها در نیمه رساناها کار می کرد در مرکز تحقیقات شرکت سونی ژاپن اختراع کرد. این دیود به واسطه عملکرد بسیار سریع خود از وقوع پدیده تونل زنی کوانتومی در نقطه اتصال دو سیم ابر رسانا پرده برداشت. در این پدیده شگفت انگیز، بدون اعمال هیچ ولتاژ خارجی، یک جریان الکتریکی دائمی در مدار ابررسانای مزبور ایجاد می شود. اتصادلات جوزفسون در ساخت دستگاه های اندازه گیری بسیار دقیق میدان های مغناطیسی کاربرد دارند. به مناسبت این دستاوردهای مهم مبتنی بر پدیده تونل زنی کوانتومی ، ازاکی و جوزفسون مشترکا جایزه نوبل سال ۱۹۷۳ فیزیک را دریافت کردند.

البته شگفتی پدیده تونل زنی کوانتومی به همین جا ختم نمی شود؛ چرا که بعنوان مثال در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی پژوهشگران IBM با استفاده از همین پدیده ، میکروسکوپ ویژه ای را ساختند که امکان مشاهده تک تک اتم ها را برای بشر فراهم کرد. اما شگفت انگیز تر از همه اینها کشف فیزیکدانی بنام توماس هارتمن در مورد پدیده تونل زنی کوانتومی است. هارتمن در سال ۱۹۶۲ کشف کرد که تونل زنی ذرات کوانتومی از میان یک سد پتانسل- فارغ از پهنای این سد – همواره بطور لحظه ای و آنی صورت می گیرد و این بدان معناست که ذرات کوانتومی حین تونل زدن حتی مرز حیرت انگیز سرعت نور زا هم می شکنند!

دانستنی ها

Read More : http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_tunnelling

(24 نفر , میانگین : 4٫54 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=5449

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۳ پاسخ‌ها

  1. m.gh گفت:

    عالی بود
    دنیایی داره واسه خودش این کوانتوم

  2. Mehrdad گفت:

    سلام
    ممنون میشم اگه بفرمایید سایتتان رو چه کسی/ شرکتی ، طرح و اجرا کرده؟
    ضمنا بفرمایید که دلیل گرانی مستند ها چیست؟ و با خرید تعداد بیشتر مشمول تخفیف میشیم!!؟
    خوشحالم که با سایت شما آشنا شدم.
    ممنونم

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *