Квантовые туннели позволяют частицам преодолевать барьер световых скоростей

В увлекательном царстве квантовой физики частицы, кажется, не подчиняются законам классической механики, демонстрируя удивительные явления, которые бросают вызов нашему пониманию Вселенной. Одним из таких явлений является квантовое туннелирование.

В квантовых туннелях частицы движутся быстрее скорости света, нарушая, казалось бы, фундаментальные правила, установленные теорией относительности Эйнштейна.

Переопределение времени в квантовом мире

Однако группа физиков из ТУ Дармштадта предложила новый метод измерения времени, необходимого частицам для туннелирования, предположив, что предыдущие эксперименты могут быть неточными.

Патрик Шах и Энно Гизе, физики из ТУ Дармштадта, опубликовали план своего новаторского эксперимента в престижном журнале Science Advances.

Их подход направлен на переопределение понятия «время» для туннелирующей частицы с учетом квантовой природы этого явления.

Первый шаг: Понимание квантовых туннелей

Квантовое туннелирование - это явление в квантовой механике, когда частица, например электрон, проходит через потенциальный энергетический барьер, который она классически не может преодолеть.

В классической физике, если частица не обладает достаточной энергией для преодоления барьера, она просто отскакивает назад или останавливается.

Однако в квантовой механике частицы проявляют волнообразные свойства, и существует вероятность того, что частица может «туннелировать» через барьер, даже если ей не хватает энергии, чтобы преодолеть его классическим способом.

Вот несколько ключевых моментов, которые следует понимать о квантовых туннелях:

Дуализм «волна-частица

Частицы в квантовой механике обладают свойствами как волны, так и частицы. Волновая природа частиц позволяет им демонстрировать поведение, невозможное в классической физике.

Квантовые туннели и вероятность

Вероятность туннелирования частицы через барьер зависит от таких факторов, как ширина и высота барьера, а также энергия частицы.

Сохранение энергии

Квантовое туннелирование не нарушает закон сохранения энергии. Частица не получает и не теряет энергию во время туннелирования. Вместо этого она появляется по другую сторону барьера с той же энергией, что и раньше.

Применение квантовых туннелей

Квантовое туннелирование имеет множество практических применений, включая сканирующую туннельную микроскопию (СТМ), которая позволяет ученым получать изображения поверхностей на атомном уровне, и флэш-накопители, использующие квантовое туннелирование для хранения и доступа к данным.

Радиоактивный распад

Квантовое туннелирование также играет роль в радиоактивном распаде, когда частицы покидают ядро атома, не имея достаточной энергии для преодоления ядерного потенциального барьера.