Kuna uwezekano kwamba chembe ya quantum itapenya kizuizi ambacho hakiwezi kushindwa kwa chembe ya msingi ya classical.
Hebu wazia mpira unaoviringika ndani ya shimo la duara lililochimbwa ardhini. Wakati wowote wa wakati, nishati ya mpira inasambazwa kati ya nishati yake ya kinetic na nishati inayowezekana ya mvuto kwa sehemu kulingana na jinsi mpira ulivyo juu chini ya shimo (kulingana na sheria ya kwanza ya thermodynamics). Wakati mpira unafikia upande wa shimo, matukio mawili yanawezekana. Ikiwa nishati yake ya jumla inazidi nishati inayowezekana ya uwanja wa mvuto, imedhamiriwa na urefu wa eneo la mpira, itaruka nje ya shimo. Ikiwa jumla ya nishati ya mpira ni chini ya nishati ya uwezo wa mvuto kwenye ngazi ya upande wa shimo, mpira utashuka chini, kurudi kwenye shimo, kuelekea upande wa pili; kwa sasa wakati nishati inayowezekana ni sawa na jumla ya nishati ya mpira, itasimama na kurudi nyuma. Katika kesi ya pili, mpira hautawahi kutoka kwenye shimo isipokuwa nishati ya ziada ya kinetic imepewa - kwa mfano, kwa kuisukuma. Kulingana na sheria za Newton za mechanics, mpira hautawahi kuondoka kwenye shimo bila kuupa kasi ya ziada ikiwa hauna nguvu za kutosha za kujiviringisha.
Sasa fikiria kwamba pande za shimo huinuka juu ya uso wa dunia (kama mashimo ya mwezi). Ikiwa mpira utaweza kuanguka juu ya upande ulioinuliwa wa shimo kama hilo, utaendelea zaidi. Ni muhimu kukumbuka kuwa katika ulimwengu wa Newton wa mpira na shimo, ukweli kwamba mpira utazunguka zaidi upande wa shimo hauna maana ikiwa mpira hauna nishati ya kinetic ya kutosha kufikia makali ya juu. Ikiwa haifiki ukingo, haitatoka nje ya shimo na, ipasavyo, chini ya hali yoyote, kwa kasi yoyote na haitasonga popote zaidi, haijalishi ni urefu gani juu ya uso nje ya ukingo wa upande.
Katika ulimwengu wa mechanics ya quantum, mambo ni tofauti. Wacha tufikirie kuwa kuna chembe ya quantum kwenye kitu kama shimo kama hilo. Katika kesi hii, hatuzungumzi tena juu ya shimo halisi la kimwili, lakini kuhusu hali ya masharti wakati chembe inahitaji ugavi fulani wa nishati muhimu ili kuondokana na kizuizi kinachozuia kutoka nje ya kile wanafizikia wamekubali kuiita. "shimo linalowezekana". Shimo hili pia lina analog ya nishati ya upande - kinachojulikana "kizuizi kinachowezekana". Kwa hivyo, ikiwa nje ya kizuizi kinachowezekana kiwango cha nguvu ya uwanja wa nishati ni cha chini kuliko nishati iliyo na chembe, ina nafasi ya "kuzidi", hata ikiwa nishati halisi ya kinetic ya chembe hii haitoshi "kuvuka" ukingo wa ubao kwa maana ya Newton. Utaratibu huu wa chembe kupita kwenye kizuizi kinachowezekana huitwa athari ya tunnel ya quantum.
Inafanya kazi kama hii: katika mechanics ya quantum, chembe inaelezewa kupitia kazi ya wimbi, ambayo inahusiana na uwezekano wa chembe kuwa katika mahali fulani kwa wakati fulani kwa wakati. Ikiwa chembe itagongana na kizuizi kinachowezekana, mlinganyo wa Schrödinger huturuhusu kuhesabu uwezekano wa chembe kupenya kupitia hiyo, kwani utendaji wa mawimbi hauingizwi kwa nguvu tu na kizuizi, lakini huzimwa haraka sana - kwa kasi. Kwa maneno mengine, kizuizi kinachowezekana katika ulimwengu wa mechanics ya quantum kimefichwa. Kwa kweli, huzuia chembe kusonga, lakini sio mpaka thabiti, usioweza kupenyeka, kama ilivyo katika mechanics ya zamani ya Newton.
Ikiwa kizuizi ni cha chini vya kutosha au ikiwa jumla ya nishati ya chembe iko karibu na kizingiti, kazi ya wimbi, ingawa inapungua kwa kasi wakati chembe inakaribia ukingo wa kizuizi, huiacha nafasi ya kuishinda. Hiyo ni, kuna uwezekano fulani kwamba chembe itagunduliwa kwa upande mwingine wa kizuizi kinachowezekana - katika ulimwengu wa mechanics ya Newton hii haitawezekana. Na mara chembe inapovuka ukingo wa kizuizi (iruhusu iwe na umbo la kreta ya mwezi), itasonga kwa uhuru chini ya mteremko wake wa nje mbali na shimo ambalo lilitoka.
Makutano ya handaki ya quantum yanaweza kuzingatiwa kama aina ya "kuvuja" au "mtoboaji" wa chembe kupitia kizuizi kinachowezekana, kisha chembe hiyo husogea mbali na kizuizi. Kuna mifano mingi ya aina hii ya matukio katika maumbile, na vile vile katika teknolojia za kisasa. Chukua uozo wa kawaida wa mionzi: kiini kizito hutoa chembe ya alfa inayojumuisha protoni mbili na neutroni mbili. Kwa upande mmoja, mtu anaweza kufikiria mchakato huu kwa njia ambayo kiini kizito kinashikilia chembe ya alfa ndani yenyewe kupitia nguvu za kuunganisha ndani ya nyuklia, kama vile mpira ulifanyika kwenye shimo katika mfano wetu. Hata hivyo, hata kama chembe ya alpha haina nishati ya kutosha ya bure ili kuondokana na kizuizi cha vifungo vya intranuclear, bado kuna uwezekano wa kujitenga kutoka kwa kiini. Na kwa kutazama utokaji wa moja kwa moja wa alpha, tunapokea uthibitisho wa majaribio wa ukweli wa athari ya handaki.
Mfano mwingine muhimu wa athari ya handaki ni mchakato wa muunganisho wa thermonuclear ambao huimarisha nyota (tazama Mageuzi ya nyota). Moja ya hatua za muunganisho wa thermonuclear ni mgongano wa nuclei mbili za deuterium (protoni moja na neutroni moja kila moja), na kusababisha kuundwa kwa nucleus ya heliamu-3 (protoni mbili na neutroni moja) na utoaji wa nyutroni moja. Kwa mujibu wa sheria ya Coulomb, kati ya chembe mbili zilizo na malipo sawa (katika kesi hii, protoni ambazo ni sehemu ya nuclei ya deuterium) kuna nguvu kubwa ya kukataa kwa pande zote - yaani, kuna kizuizi chenye nguvu. Katika ulimwengu wa Newton, viini vya deuterium havingeweza kukaribiana vya kutosha ili kuunganisha kiini cha heliamu. Walakini, katika kina cha nyota, joto na shinikizo ni kubwa sana hivi kwamba nishati ya viini hukaribia kizingiti cha muunganisho wao (kwa maana yetu, viini viko karibu na ukingo wa kizuizi), kama matokeo ya ambayo athari ya handaki huanza kufanya kazi, fusion ya thermonuclear hutokea - na nyota huangaza.
Hatimaye, athari ya handaki tayari inatumika katika mazoezi katika teknolojia ya darubini ya elektroni. Kitendo cha chombo hiki kinatokana na ukweli kwamba ncha ya chuma ya probe inakaribia uso unaojifunza kwa umbali mfupi sana. Katika kesi hii, kizuizi kinachowezekana huzuia elektroni kutoka kwa atomi za chuma kutoka kwa uso unaojifunza. Wakati wa kusonga uchunguzi kwa umbali wa karibu sana kwenye uso unaochunguzwa, inaonekana kuwa inasonga atomi kwa atomi. Wakati probe iko karibu na atomi, kizuizi ni cha chini kuliko wakati uchunguzi unapita kati yao. Ipasavyo, wakati kifaa "kinapapasa" kwa atomi, sasa huongezeka kwa sababu ya kuongezeka kwa uvujaji wa elektroni kama matokeo ya athari ya tunnel, na katika nafasi kati ya atomi sasa hupungua. Hii inaruhusu uchunguzi wa kina wa miundo ya atomiki ya nyuso, kwa kweli "kuiweka" ramani. Kwa njia, darubini za elektroni hutoa uthibitisho wa mwisho wa nadharia ya atomiki ya muundo wa suala.
TUNNEL EFFECT(tunnel) - mpito wa quantum wa mfumo kupitia eneo la mwendo lililokatazwa na classical mechanics. Mfano wa kawaida wa mchakato kama huo ni kifungu cha chembe kizuizi kinachowezekana wakati nishati yake
chini ya urefu wa kizuizi. Kasi ya chembe R katika kesi hii, imedhamiriwa kutoka kwa uhusiano 
Wapi U(x)- uwezo nishati ya chembe ( T- misa), itakuwa katika mkoa ndani ya kizuizi, idadi ya kufikiria. KATIKA mechanics ya quantum Shukrani kwa uhusiano wa kutokuwa na uhakika Kati ya msukumo na kuratibu, mwendo wa kizuizi kidogo unawezekana. Utendakazi wa wimbi la chembe katika eneo hili huharibika kwa kiasi kikubwa, na katika quasiclassical kesi (tazama Ukadiriaji wa semiclassical) amplitude yake katika hatua ya kutoka kutoka chini ya kizuizi ni ndogo.
Moja ya uundaji wa shida kuhusu kifungu cha uwezo. kizuizi kinafanana na kesi wakati mtiririko wa stationary wa chembe huanguka kwenye kizuizi na ni muhimu kupata thamani ya mtiririko uliopitishwa. Kwa matatizo hayo, mgawo huletwa. uwazi wa kizuizi (mgawo wa mpito wa handaki) D, sawa na uwiano wa ukali wa mtiririko wa zinaa na tukio. Kutoka kwa urejeshaji wa wakati inafuata kwamba mgawo. Uwazi wa mabadiliko katika mwelekeo wa "mbele" na wa nyuma ni sawa. Katika kesi moja-dimensional, mgawo. uwazi unaweza kuandikwa kama
ujumuishaji unafanywa katika eneo lisiloweza kufikiwa kwa kawaida, X 1,2 - pointi za kugeuka zimeamua kutoka kwa hali Katika pointi za kugeuka katika kikomo cha classical. mechanics, kasi ya chembe inakuwa sifuri. Coef. D 0 inahitaji kwa ufafanuzi wake suluhisho kamili la mechanics ya quantum. kazi.
Ikiwa hali ya quasiclassicality imeridhika
pamoja na urefu wote wa kizuizi, isipokuwa ya haraka vitongoji vya vituo vya kugeuza x 1.2 mgawo D 0 ni tofauti kidogo na moja. Viumbe tofauti D 0 kutoka kwa umoja inaweza kuwa, kwa mfano, katika hali ambapo curve inayowezekana. nishati kutoka upande mmoja wa kizuizi huenda kwa kasi sana kwamba quasi-classical makadirio hayatumiki hapo, au wakati nishati iko karibu na urefu wa kizuizi (yaani, usemi wa kielelezo ni mdogo). Kwa urefu wa kizuizi cha mstatili U o na upana A mgawo uwazi imedhamiriwa na faili
Wapi 
Msingi wa kizuizi unafanana na nishati ya sifuri. Katika quasiclassical kesi D ndogo ukilinganisha na umoja.
Dk. Uundaji wa shida ya kifungu cha chembe kupitia kizuizi ni kama ifuatavyo. Hebu chembe mwanzoni wakati kwa wakati ni katika hali karibu na kinachojulikana. hali ya kusimama, ambayo ingetokea kwa kizuizi kisichoweza kupenya (kwa mfano, na kizuizi kilichoinuliwa kutoka uwezo vizuri kwa urefu mkubwa kuliko nishati ya chembe iliyotolewa). Jimbo hili linaitwa quasi-stationary. Sawa na majimbo ya stationary, utegemezi wa kazi ya wimbi la chembe kwa wakati hutolewa katika kesi hii na sababu. 
Kiasi changamano kinaonekana hapa kama nishati E, sehemu ya kuwazia huamua uwezekano wa kuoza kwa hali ya hali tuli kwa kila kitengo kutokana na T. e.:
Katika quasiclassical Inapokaribia, uwezekano uliotolewa na f-loy (3) una kielelezo. kipengele cha aina sawa na in-f-le (1). Katika kesi ya uwezo wa spherically ulinganifu. kizuizi ni uwezekano wa kuoza kwa hali ya kusimama kutoka kwa obiti. l imedhamiriwa na f-loy
Hapa r 1,2 ni pointi za kugeuza radial, integrand ambayo ni sawa na sifuri. Sababu w 0 inategemea asili ya harakati katika sehemu ya kuruhusiwa classically ya uwezo, kwa mfano. yeye ni sawia. classic mzunguko wa chembe kati ya kuta za kizuizi.
T. e. inatuwezesha kuelewa utaratibu wa kuoza kwa viini vizito. Kati ya chembe na kiini cha binti kuna nguvu ya kielektroniki. repulsion kuamua na f-loy Kwa umbali mdogo wa utaratibu wa ukubwa A viini ni hivyo kwamba eff. Uwezo unaweza kuzingatiwa kuwa hasi: 
Matokeo yake, uwezekano A-uozo hutolewa na uhusiano
Hapa kuna nishati ya chembe-iliyotolewa.
T. e. huamua uwezekano wa athari za nyuklia kutokea kwenye Jua na nyota kwa joto la makumi na mamia ya mamilioni ya digrii (tazama. Maendeleo ya nyota), na pia katika hali ya dunia kwa namna ya milipuko ya nyuklia au CTS.
Katika uwezo wa ulinganifu, unaojumuisha visima viwili vinavyofanana vilivyotenganishwa na kizuizi dhaifu cha kupenyeza, i.e. husababisha majimbo kwenye visima, ambayo husababisha mgawanyiko dhaifu mara mbili wa viwango vya nishati (kinachojulikana kama mgawanyiko wa ubadilishaji; ona Mtazamo wa molekuli). Kwa seti isiyo na kikomo ya mashimo katika nafasi, kila ngazi inageuka kuwa eneo la nishati. Huu ni utaratibu wa malezi ya nishati nyembamba ya elektroni. kanda katika fuwele zenye muunganisho mkubwa wa elektroni kwenye tovuti za kimiani.
Ikiwa sasa ya umeme inatumiwa kwa kioo cha semiconductor. shamba, basi kanda za nishati zinazoruhusiwa za elektroni huelekezwa kwenye nafasi. Hivyo, ngazi ya posta nishati ya elektroni huvuka kanda zote. Chini ya hali hizi, mpito wa elektroni kutoka ngazi moja ya nishati inawezekana. kanda hadi nyingine kutokana na T. e. Eneo lisiloweza kufikiwa kwa kawaida ni eneo la nishati iliyokatazwa. Jambo hili linaitwa. Uchanganuzi wa Zener. Quasiclassical makadirio yanafanana hapa na thamani ndogo ya nguvu ya umeme. mashamba. Katika kikomo hiki, uwezekano wa uchanganuzi wa Zener umebainishwa kimsingi. kielelezo, katika kiashiria cha kukata kuna hasi kubwa. thamani sawia na uwiano wa upana wa nishati iliyokatazwa. eneo kwa nishati inayopatikana na elektroni katika uwanja uliotumika kwa umbali sawa na saizi ya seli ya kitengo.
Athari sawa inaonekana ndani diode za handaki, ambayo kanda zimeelekezwa kwa sababu ya semiconductors R- Na n-andika pande zote mbili za mpaka wa mawasiliano yao. Tunnel hutokea kutokana na ukweli kwamba katika ukanda ambapo carrier huenda kuna wiani wa mwisho wa majimbo yasiyo na watu.
Shukrani kwa T. e. umeme iwezekanavyo sasa kati ya metali mbili kutengwa na dielectri nyembamba. kizigeu. Metali hizi zinaweza kuwa katika hali ya kawaida na superconducting. Katika kesi ya mwisho kunaweza kuwa Josephson athari.
T. e. Matukio kama haya yanayotokea katika mikondo ya umeme yenye nguvu yanatokana. nyanja, kama vile ubinafsishaji wa atomi (ona Ionization ya shamba) Na uzalishaji wa kiotomatiki kutoka kwa metali. Katika visa vyote viwili, umeme uwanja huunda kizuizi cha uwazi wa mwisho. Nguvu ya umeme shamba, kizuizi cha uwazi zaidi na nguvu ya sasa ya elektroni kutoka kwa chuma. Kulingana na kanuni hii inachanganua hadubini- kifaa ambacho hupima mkondo wa tunnel kutoka kwa sehemu tofauti za uso chini ya utafiti na hutoa habari kuhusu asili ya utofauti wake.
T. e. inawezekana sio tu katika mifumo ya quantum inayojumuisha chembe moja. Kwa hiyo, kwa mfano, mwendo wa joto la chini katika fuwele unaweza kuhusishwa na tunneling ya sehemu ya mwisho ya dislocation, yenye chembe nyingi. Katika shida za aina hii, utengano wa mstari unaweza kuwakilishwa kama kamba ya elastic, ambayo hapo awali ililala kando ya mhimili. katika katika moja ya minima ya ndani ya uwezo V(x, y). Uwezo huu hautegemei katika, na unafuu wake kwenye mhimili X ni mlolongo wa minima ya ndani, ambayo kila moja ni ya chini kuliko nyingine kwa kiasi kulingana na nguvu ya mitambo inayotumiwa kwenye kioo. . Harakati ya kutenganisha chini ya ushawishi wa dhiki hii inapunguzwa kwa tunneling katika kiwango cha chini cha karibu kilichofafanuliwa. sehemu ya mtengano na mvutano unaofuata wa sehemu yake iliyobaki hapo. Aina hiyo hiyo ya utaratibu wa handaki inaweza kuwajibika kwa harakati malipo ya mawimbi ya wiani katika Peierls (tazama Mpito wa Peierls).
Ili kuhesabu athari za tunnel ya mifumo kama hiyo ya quantum ya multidimensional, ni rahisi kutumia njia za semiclassical. uwakilishi wa kazi ya wimbi katika fomu 
Wapi S- classical hatua ya mfumo. Kwa T. e. sehemu ya kufikiria ni muhimu S, ambayo huamua kupunguzwa kwa kazi ya wimbi katika eneo lisiloweza kufikiwa kwa kawaida. Ili kuhesabu, njia ya trajectories tata hutumiwa.
Uwezo wa kushinda chembe ya Quantum. kizuizi kinaweza kushikamana na thermostat. Katika classic Kimechanic, hii inalingana na mwendo na msuguano. Kwa hivyo, kuelezea tunneling ni muhimu kutumia nadharia inayoitwa yenye kutoweka. Mazingatio ya aina hii lazima yatumike kuelezea maisha mafupi ya hali ya sasa ya mawasiliano ya Josephson. Katika kesi hii, tunnel hufanyika. chembe ya quantum kupitia kizuizi, na jukumu la thermostat linachezwa na elektroni za kawaida.
Lit.: Landau L.D., Lifshits E.M., Quantum Mechanics, toleo la 4, M., 1989; Ziman J., Kanuni za Nadharia ya Jimbo Imara, trans. kutoka kwa Kiingereza, toleo la 2, M., 1974; Baz A. I., Zeldovich Ya. B., Perelomov A. M., Kueneza, athari na kuoza katika mechanics ya quantum nonrelativistic, 2nd ed., M., 1971; Matukio ya handaki katika yabisi, trans. kutoka kwa Kiingereza, M., 1973; Likharev K.K., Utangulizi wa mienendo ya makutano ya Josephson, M., 1985. B. I. Ivlev.
Athari ya handaki ni jambo la kushangaza, lisilowezekana kabisa kutoka kwa mtazamo wa fizikia ya classical. Lakini katika ulimwengu wa ajabu na wa ajabu wa quantum, sheria tofauti kidogo za mwingiliano kati ya jambo na nishati hufanya kazi. Athari ya handaki ni mchakato wa kushinda kizuizi fulani kinachowezekana, mradi nishati yake ni chini ya urefu wa kizuizi. Jambo hili ni quantum pekee katika asili na linapingana kabisa na sheria zote na mafundisho ya mechanics ya classical. Jambo la kushangaza zaidi ni ulimwengu tunamoishi.
Njia bora ya kuelewa ni nini athari ya quantum tunnel ni kutumia mfano wa mpira wa gofu uliotupwa kwenye shimo kwa nguvu fulani. Katika kitengo chochote cha muda, jumla ya nishati ya mpira ni kinyume na uwezo wa nguvu wa uvutano. Ikiwa tunadhania kuwa ni duni kwa nguvu ya mvuto, basi kitu kilichoelezwa hakitaweza kuondoka shimo peke yake. Lakini hii ni kwa mujibu wa sheria za fizikia ya classical. Ili kuondokana na makali ya shimo na kuendelea na njia yake, hakika itahitaji msukumo wa ziada wa kinetic. Hivi ndivyo Newton mkuu alisema.
Katika ulimwengu wa quantum, mambo ni tofauti. Sasa hebu tufikirie kuwa kuna chembe ya quantum kwenye shimo. Katika kesi hii, hatutazungumza tena juu ya unyogovu halisi wa mwili ardhini, lakini juu ya kile wanafizikia kawaida huita "shimo linalowezekana." Thamani hiyo pia ina analog ya upande wa kimwili - kizuizi cha nishati. Hapa hali inabadilika sana. Ili kinachojulikana kuwa mpito wa quantum ufanyike na chembe kuonekana nje ya kizuizi, hali nyingine ni muhimu.
Ikiwa nguvu ya uwanja wa nishati ya nje ni chini ya chembe, basi ina nafasi halisi bila kujali urefu wake. Hata ikiwa haina nishati ya kinetic ya kutosha katika ufahamu wa fizikia ya Newton. Hii ni athari sawa ya handaki. Inafanya kazi kama ifuatavyo. Ni kawaida kuelezea chembe yoyote bila kutumia idadi yoyote ya kimwili, lakini kupitia utendaji wa wimbi linalohusishwa na uwezekano wa chembe kuwa katika hatua fulani katika nafasi katika kila kitengo maalum cha wakati.
Wakati chembe inapogongana na kizuizi fulani, kwa kutumia equation ya Schrödinger, unaweza kuhesabu uwezekano wa kushinda kizuizi hiki. Kwa kuwa kizuizi sio tu inachukua nishati lakini pia huizima kwa kasi. Kwa maneno mengine, katika ulimwengu wa quantum hakuna vikwazo visivyoweza kushindwa, lakini tu hali ya ziada ambayo chembe inaweza kujikuta zaidi ya vikwazo hivi. Vikwazo mbalimbali, bila shaka, huingilia kati harakati za chembe, lakini sio mipaka imara, isiyoweza kuingizwa. Kuzungumza kwa kawaida, hii ni aina ya mpaka kati ya walimwengu wawili - wa mwili na wenye nguvu.
Athari ya tunnel ina analog yake katika fizikia ya nyuklia - autoionization ya atomi katika uwanja wenye nguvu wa umeme. Fizikia ya hali ngumu pia imejaa mifano ya maonyesho ya tunnel. Hii inajumuisha utoaji wa shamba, uhamiaji, pamoja na athari zinazotokea wakati wa kuwasiliana na superconductors mbili zilizotenganishwa na filamu nyembamba ya dielectric. Tunneling ina jukumu la kipekee katika utekelezaji wa michakato mingi ya kemikali chini ya hali ya joto la chini na la cryogenic.
Athari ya tunnel, tunneling- kushinda kizuizi kinachowezekana na microparticle katika kesi wakati nishati yake ya jumla (ambayo inabakia bila kubadilika wakati wa tunnel) ni chini ya urefu wa kizuizi. Athari ya handaki ni jambo la kimsingi la asili, lisilowezekana; Analog ya athari ya tunnel inaweza kuwa kupenya kwa wimbi la mwanga ndani ya kati ya kutafakari (kwa umbali wa utaratibu wa urefu wa mwanga) chini ya hali ambapo, kutoka kwa mtazamo, kutafakari kwa ndani kwa jumla hutokea. Tukio la tunneling ni msingi wa michakato mingi muhimu katika fizikia ya Masi, katika fizikia ya kiini cha atomiki, nk.
Nadharia
Athari ya handaki hatimaye inaelezewa na uhusiano (tazama pia, Uwili wa chembe ya Wimbi). Chembe ya classical haiwezi kuwa ndani ya kizuizi cha urefu kinachowezekana V, ikiwa nishati yake E< V, так как кинетическая энергия частицы uk 2 / 2m = E − V inakuwa hasi, na kasi yake R- wingi wa kufikiria ( m- molekuli ya chembe). Hata hivyo, kwa microparticle hitimisho hili sio haki: kutokana na uhusiano usio na uhakika, fixation ya chembe katika eneo la anga ndani ya kizuizi hufanya kasi yake kutokuwa na uhakika. Kwa hiyo, kuna uwezekano usio na sifuri wa kuchunguza microparticle ndani ya kanda ambayo ni marufuku, kutoka kwa mtazamo wa mechanics ya classical. Ipasavyo, uwezekano fulani wa chembe inayopita kwenye kizuizi kinachowezekana inaonekana, ambayo inalingana na athari ya handaki. Uwezekano huu ni mkubwa zaidi, jinsi wingi wa chembe unavyopungua, kizuizi kinachowezekana ni nyembamba, na nishati ndogo ambayo chembe inakosa kufikia urefu wa kizuizi (yaani, tofauti ndogo. V − E ).
Uwezekano wa kifungu kupitia kizuizi ni sababu kuu inayoamua sifa za kimwili za athari za tunnel. Katika kesi ya kizuizi kinachowezekana cha mwelekeo mmoja, tabia hii ni mgawo wa uwazi wa kizuizi, sawa na uwiano wa mtiririko wa chembe zinazopita ndani yake kwa tukio la flux kwenye kizuizi. Katika kesi ya kizuizi chenye uwezo wa pande tatu kinachozuia eneo lililofungwa la nafasi na nishati inayoweza kupunguzwa (kisima kinachowezekana), athari ya handaki inaonyeshwa na uwezekano. w kutoka kwa chembe kutoka eneo hili kwa wakati wa kitengo; ukubwa w ni sawa na bidhaa ya mzunguko wa oscillation wa chembe ndani ya kisima kinachowezekana na uwezekano wa kupita kwenye kizuizi. Uwezekano wa "kuvuja" kutoka kwa chembe ambayo hapo awali ilikuwa kwenye kisima kinachowezekana husababisha ukweli kwamba viwango vya nishati ya chembe zinazolingana hupata upana wa mwisho wa mpangilio wa hw (h- ), na majimbo haya yenyewe yanakuwa quasi-stationary.
Mifano
Mfano wa udhihirisho wa athari ya handaki katika fizikia ya atomiki ni michakato ya uwekaji kiotomatiki wa atomi katika uwanja wa umeme wenye nguvu. Hivi majuzi, mchakato wa ionization ya atomi katika uwanja wa wimbi la nguvu la umeme umevutia umakini mkubwa. Katika fizikia ya nyuklia, athari ya handaki ni msingi wa uelewa wa sheria za viini vya mionzi: kama matokeo ya hatua ya pamoja ya nguvu za nyuklia za masafa mafupi na nguvu za kukataa za kielektroniki (Coulomb), chembe ya alpha, wakati wa kuondoka kwenye kiini, lazima iondoke. kuondokana na kizuizi cha uwezo wa tatu-dimensional ya aina iliyoelezwa hapo juu (). Bila tunnel, haitawezekana kwa athari za nyuklia kutokea: kizuizi kinachozuia muunganisho wa viini viitikio muhimu kwa muunganisho hushindwa kwa sehemu kutokana na kasi ya juu (joto la juu) la viini vile, na kwa sehemu kutokana na athari ya tunnel.
Kuna mifano mingi hasa ya udhihirisho wa athari ya handaki katika fizikia ya hali dhabiti: utoaji wa elektroni kutoka kwa metali na halvledare (angalia utoaji wa Tunnel); matukio katika semiconductors kuwekwa kwenye uwanja wa umeme wenye nguvu (tazama); uhamiaji wa elektroni za valence kwenye kimiani ya kioo (tazama); athari zinazotokea kwa kuwasiliana kati ya superconductors mbili zilizotenganishwa na filamu nyembamba ya chuma ya kawaida au dielectric (tazama), nk.
Historia na wachunguzi
Fasihi
- Blokhintsev D.I., Misingi ya Mechanics ya Quantum, toleo la 4, M., 1963;
- Landau L. D., Lifshits E. M., Mitambo ya Quantum. Nadharia isiyohusiana, toleo la 3, M., 1974 (Fizikia ya Kinadharia, gombo la 3).
TUNNEL EFFECT, athari ya quantum inayojumuisha kupenya kwa chembe ya quantum kupitia eneo la nafasi, ambayo, kwa mujibu wa sheria za classical. fizikia, kutafuta chembe ni marufuku. Classic chembe yenye jumla ya nishati E na katika uwezo. shamba linaweza kukaa tu katika maeneo hayo ya nafasi ambayo nishati yake yote haizidi uwezo. nishati U ya mwingiliano na shamba. Kwa kuwa utendaji wa wimbi la chembe ya quantum ni nonzero katika nafasi nzima na uwezekano wa kupata chembe katika eneo fulani la nafasi hutolewa na mraba wa moduli ya kazi ya wimbi, kisha imekatazwa (kutoka kwa mtazamo wa mechanics ya classical. ) mikoa kazi ya wimbi ni nonzero.
T Inafaa kueleza athari ya handaki kwa kutumia tatizo la kielelezo la chembe yenye mwelekeo mmoja katika sehemu inayowezekana ya U(x) (x ni kiratibu cha chembe). Katika kesi ya uwezekano wa ulinganifu wa visima viwili (Mchoro a), kazi ya wimbi lazima "inafaa" ndani ya visima, yaani, ni wimbi la kusimama. Vyanzo vya nishati tofauti viwango ambavyo viko chini ya kizuizi kinachotenganisha minima ya fomu inayowezekana iliyopangwa kwa karibu (karibu kuzorota). Tofauti ya nishati viwango, vipengele, vinavyoitwa. mgawanyiko wa handaki, tofauti hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba suluhisho halisi la shida (kazi ya wimbi) kwa kila kesi imewekwa ndani ya minima ya uwezo na suluhisho zote halisi zinahusiana na viwango visivyoharibika (tazama). Uwezekano wa athari ya handaki imedhamiriwa na mgawo wa upitishaji wa pakiti ya wimbi kupitia kizuizi, ambacho kinaelezea hali isiyo ya kusimama ya chembe iliyojanibishwa katika mojawapo ya minima inayoweza kutokea.
Curves zinazowezekana nishati U (x) ya chembe katika kesi inapotekelezwa na nguvu ya kuvutia (a - visima viwili vinavyowezekana, b - kisima kimoja), na katika kesi wakati nguvu ya kuchukiza inatenda kwenye chembe (uwezo wa kuchukiza; c). E ni nishati ya jumla ya chembe, x ni kuratibu. Mistari nyembamba inaonyesha utendaji wa wimbi.
Katika uwezo shamba lenye kiwango cha chini kimoja cha ndani (Mtini. b) kwa chembe yenye nishati E kubwa kuliko uwezo wa mwingiliano ulio katika c =, nishati bainifu. hakuna majimbo, lakini kuna seti ya majimbo ya quasi-stationary, ambayo kubwa inahusiana. uwezekano wa kupata chembe karibu na kiwango cha chini. Pakiti za mawimbi zinazolingana na majimbo kama haya ya kawaida huelezea zile zinazoweza kubadilika; pakiti za wimbi huenea na kutoweka kwa sababu ya athari ya handaki. Majimbo haya yana sifa ya maisha yao (uwezekano wa kuoza) na upana wa nishati. kiwango.
Kwa chembe katika uwezo wa kukataa (Mchoro c), pakiti ya wimbi inayoelezea hali isiyo ya kusimama upande mmoja wa uwezo. kizuizi, hata ikiwa nishati ya chembe katika hali hii ni chini ya urefu wa kizuizi, inaweza, kwa uwezekano fulani (inayoitwa uwezekano wa kupenya au uwezekano wa tunnel), kupita upande wa pili wa kizuizi.
Naib. muhimu kwa udhihirisho wa athari ya handaki: 1) mgawanyiko wa tunnel ya oscillations discrete, mzunguko. na elektroniki-co-lebat. viwango. Kugawanyika kwa oscillations. viwango na kadhaa. usanidi sawa wa nyuklia ni ugeuzaji mara mbili (katika aina), mgawanyiko wa viwango ndani na ndani iliyozuiwa. mzunguko ( , ) au ndani, ambayo intra-mol. upangaji upya unaoongoza kwa usanidi sawa wa usawa (km PF 5). Ikiwa tofauti minima sawa hazitenganishwi na uwezo. vikwazo (kwa mfano, usanidi wa usawa wa vifaa vya mkono wa kulia na wa kushoto), kisha maelezo ya kutosha ya piers halisi. mifumo inapatikana kwa kutumia pakiti za mawimbi za ndani. Katika kesi hii, majimbo ya stationary yaliyowekwa ndani ya minima mbili hayana msimamo: chini ya ushawishi wa usumbufu mdogo sana, uundaji wa majimbo mawili yaliyowekwa ndani kwa kiwango kimoja au kingine inawezekana.
Mgawanyiko wa vikundi vilivyoharibika huzunguka. majimbo (kinachojulikana kama nguzo za mzunguko) pia ni kwa sababu ya upitishaji wa mol. mifumo kati ya vitongoji kadhaa. shoka zilizosimama sawa za mzunguko. Mgawanyiko wa mitetemo ya elektroni. (vibronic) hali hutokea katika kesi ya athari kali za Jahn-Teller. Kugawanyika kwa tunnel pia kunahusishwa na kuwepo kwa bendi zinazoundwa na majimbo ya elektroniki ya hali ya mtu binafsi au ya molekuli. vipande vya mara kwa mara muundo.
2) Matukio ya uhamishaji wa chembe na msisimko wa kimsingi. Seti hii ya matukio inajumuisha michakato isiyosimama ambayo inaelezea mabadiliko kati ya majimbo tofauti na uozo wa hali ambazo hazijasimama. Mabadiliko kati ya majimbo tofauti yenye utendaji wa mawimbi yaliyojanibishwa katika majimbo tofauti. kiwango cha chini cha adiabatic moja. uwezo, yanahusiana na aina ya kemikali. r-tions. Athari ya handaki daima hutoa mchango fulani kwa kiwango cha mabadiliko, lakini mchango huu ni muhimu tu kwa joto la chini, wakati mpito wa kizuizi cha juu kutoka hali ya awali hadi hali ya mwisho hauwezekani kwa sababu ya idadi ndogo ya viwango vya nishati vinavyolingana. . Athari ya tunnel inajidhihirisha katika tabia isiyo ya Arrhenius ya kasi ya r-tion; Mfano wa kawaida ni ukuaji wa mnyororo wakati wa vitu vikali vinavyoanzishwa na mionzi. Kasi ya mchakato huu kwa joto ni takriban. 140 K inaelezewa kwa kuridhisha na sheria ya Arrhenius na