Квантове тунелювання
Квантове тунелювання. Навряд чи ви пробували вдома ходити через стіни, але якщо ви це зробили, ви, ймовірно, переконалися, що це не можливо. Тим не менш, існують субатомні частинки, які показують подібні характеристики та процеси, як у квантовому тунелюванні.
Команда вчених-фізиків стверджують, що можливо можна спостерігати квантове тунелювання, але з більшими об'єктами створені людиною. Звичайно, ця теорія в очах інших людей матиме величезні проблеми.
Тунельний перехід, тунельний ефект – квантово-механічний ефект проходження через класичний стан енергії (енергетичний бар'єр). Процес, як проходження через тунель, тому називається тунелювання. Немає аналога у класичній механіці.
Якщо експеримент з більшими об'єктами виявиться успішним, то це призведе до приголомшливого відкриття в такій популярній сьогодні квантовій механіці і квантових систем, що відносяться до неї. У 2010 році група фізиків започаткувала експеримент, вдалося привести мікроскопічний об'єкт у стан, який можна пояснити тільки за допомогою квантової механіки. Примітним правилом у квантовій механіці є те, що невеликий об'єкт може поглинати енергію, але лише в обмежених кількостях чи квантів і може бути буквально у двох місцях одночасно.
Ці чудові принципи були повністю доведені у проведених експериментах з електронами, фотонами, атомами та молекулами. За іронією долі, фізики ніколи не бачили таких дивних квантових-механічних ефектів у русі механічного устрою. Тепер Andrew Cleland, John Martinis та інші колеги з Університету Каліфорнії, Санта-Барбара, почалипроект з механічним пристроєм, який успішно працює підкоряючись основним правилам квантової механіки. Якщо експеримент з тунелюванням досягне успіху, це буде набагато дивовижніше відкриття.
Як працює тунелювання? Уявіть собі наприклад, що електрон схожий на гальку і розташований в одній з двох канавок, розділених між собою на височини, що створює ефект як при електричному полі. Для того, щоб перетнути поле з однієї борозенки на іншу, камінь повинен мати достатньо енергії. Якщо енергії дуже мало, то класична фізика стверджує, що камінь не рухатиметься взагалі.
Так, але мікроскопічні частинки як електрони, при мінімумі енергії вдалося пройти піднесення. Квантова механіка пояснює ці частинки як подовжені хвилі і виходить, що є ймовірність принаймні для одного з них, щоб пройти через тунель на піднесенні і матеріалізуватися з іншого боку. Але навіть якщо і вдасться, то електрон не може “подорожувати” на надто велику відстань між канавками.
Група колег з Фінляндії стверджують, що можливо можна відтворити цей процес за допомогою крихітного гаджета, який буде схожий на трамплін, зроблений з графену, дуже міцний і гнучкий шар вуглецю, товщиною в один атом. Вони будуть підвішені до мембрани, яка буде невеликою, але за рахунок цього набагато більше, ніж самі атоми та молекули на металевій поверхні. Коли провідні даного експерименту дадуть електричну напругу, мембрана матиме дві основні позиції: в одній злегка здувається в середині, а при іншій буде згинатися достатньо, щоб мати контакт з металевою поверхнею. У цьому експериментіелектрика та механіка змушують мембрану створювати енергетичний бар'єр між цими двома позиціями. Якщо вченим вдасться зменшити енергію мембрани, охолодити до температури менше ніж на 1000 градусів вище за нуль, то єдиний спосіб передати, що через неї буде квантове тунелювання. Тільки після того, як вдасться, вчені матимуть можливість вивчати зміни в конфігурації мембрани, спробувати відстежити можливі зміни потенціалу системи в міру того, наскільки добре може зберігати електричні заряди. “Для того, щоб знайти спосіб, як досягти цієї низької температури, нам необхідно пройти шлях у кілька років, але команда продовжує працювати над цим проектом.”
Квантове тунелювання це як Святий Грааль, який вчені намагаються знайти в даному експерименті, не так уже й легко. Так, чому б не використовувати квантове тунелювання, щоб перейти через стіну? На жаль квантово-механічні розрахунки показують, що для чогось великого як людина, ймовірність настільки мала, що ви не зможете чекати до кінця Всесвіту і ймовірно не буде можливості зрештою опинитися на іншому боці.
Чекаємо листів про загадки нашої планети, НЛО і минулі цивілізації, таємниці всесвіту, непізнаний і неймовірний.