Квантовое туннелирование

0
773

Квантовое туннелирование. Вряд ли вы пробовали дома ходить через стены, но если вы это сделали, вы вероятно убедились, что это не возможно. Тем не менее, существуют субатомные частицы, которые показывают сходные характеристики и процессы, как в квантовом туннелировании.

Команда ученых-физиков утверждают, что вероятно можно наблюдать квантовое туннелирование, но с более крупными объектами созданные человеком. Конечно, эта теория в глазах других людей столкнется с огромными проблемами.

Квантовое туннелирование
Квантовое туннелирование

Туннельный переход, туннельный эффект – квантовый-механический эффект прохождения через классическое состояние энергии (энергетический барьер). Процесс, как прохождение через туннель, поэтому и называется туннелирование. Нет аналога в классической механике.

В случае если эксперимент с более крупными объектами окажется успешным, то это приведет к ошеломляющему открытию в так популярной сегодня квантовой механике и относящихся к ней квантовых систем. В 2010 году группа физиков положили начало эксперимента, удалось привести микроскопический объект в состояние, которое можно объяснить только с помощью квантовой механики. Примечательным правилом в квантовой механике является то, что небольшой объект может поглощать энергию, но только в ограниченных количествах или квантов и может быть буквально в двух местах одновременно.

Квантовое туннелирование
Квантовое туннелирование

Эти великолепные принципы были полностью доказаны в проведенных экспериментах с электронами, фотонами, атомами и молекулами. По иронии судьбы, физики никогда не видели таких странных квантовых-механических эффектов в движении механического устройства. Теперь Andrew Cleland, John Martinis и другие коллеги из Университета Калифорнии, Санта-Барбара, начали проект с механическим устройством, которое успешно работает повинуясь основным правилам в квантовой механике. Если эксперимент с туннелированием достигнет успеха, это будет гораздо более удивительное открытие.

Квантовое туннелирование
Квантовое туннелирование

Как работает туннелирование? Представьте себе например, что электрон похож на гальку и расположен в одной из двух канавок, разделенных между собой на возвышенности, что в свою очередь создает эффект как при электрическом поле. Для того, чтобы пересечь поле с одной бороздки на другую, камень должен иметь достаточно энергии. Если энергии очень мало, то классическая физика утверждает, что камень не будет двигаться вообще.

Да, но микроскопические частицы как электроны, при минимум энергии удалось пройти возвышение. Квантовая механика объясняет эти частицы как удлиненные волны и получается, что есть вероятность, по крайней мере для одного из них, чтобы пройти через “туннель” на возвышении и материализоваться на другой стороне. Но даже если и удастся, то электрон не может “путешествовать” на слишком большое расстояние между канавками.

Квантовое туннелирование
Квантовое туннелирование

Подобная теория кажется неправдоподобной, но ученые и инженеры наглядно продемонстрировали квантовое туннелирование с полупроводниками, через которые электроны прошли успешно в не проводимых материальных слоях. На самом деле, некоторые виды магнитных жестких дисков полагаются именно на туннелирование, чтобы читать данные. Тем не менее, никто еще не доказал, что видимые невооруженным глазом объекты могут пройти через какой-то барьер.

Квантовое туннелирование
Квантовое туннелирование

Группа коллег из Финляндии утверждают, что вероятно можно воссоздать этот процесс с помощью крохотного гаджета, который будет похож на трамплин, сделанный из графена, очень прочный и гибкий слой углерода, толщиной в один атом. Они будут подвешены к мембране, которая будет небольшой, но за счет этого гораздо больше, чем сами атомы и молекулы на металлической поверхности. Когда ведущие данного эксперимента дадут электрическое напряжение, мембрана будет иметь две основных позиции: в одной будет слегка вздуваться в середине, а при другой будет изгибаться достаточно, чтобы иметь контакт с металлической поверхностью.
В этом эксперименте электричество и механика заставляют мембрану создавать энергетический барьер между этими двумя позициями. Если ученым удастся уменьшить энергию мембраны, охладить до температуры меньше чем на 1000 градусов выше нуля, то единственный способ передать, что-то через нее будет квантовое туннелирование.
Только после того как удастся, ученые будут иметь возможность изучать изменения в конфигурации мембраны, попытаться отследить возможные изменения потенциала системы по мере того, насколько хорошо может сохранять электрические заряды. “Для того, чтобы найти способ, как достичь этой низкой температуры, нам необходимо пройти путь в несколько лет, но команда продолжает работать над этим проектом.”

Квантовое туннелирование
Квантовое туннелирование

Квантовое туннелирование это как Святой Грааль, который ученые пытаются найти в данном эксперименте, не так уж легко. Так, что почему бы не использовать квантовое туннелирование, чтобы перейти через стену? К сожалению квантово-механические расчеты показывают, что для чего-то большого как человек, вероятность настолько мала, что вы не сможете ждать до конца Вселенной и вероятно не будет возможности в конечном итоге оказаться на другой стороне.

Ждем писем о загадках нашей планеты, НЛО и прошлых цивилизаций, тайнах вселенной, непознанном и невероятном.





Отправить ответ

avatar

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

  Подписаться  
Уведомление о