Der Tunneleffekt ist ein erstaunliches Phänomen, völlig unmöglich vom Standpunkt der klassischen Physik. Aber in der mysteriösen und mysteriösen Quantenwelt gibt es etwas andere Gesetze der Wechselwirkung von Materie und Energie. Der Tunneleffekt ist ein Prozess der Überwindung einer bestimmten Potentialbarriere durch ein Elementarteilchen, sofern seine Energie kleiner als die Höhe der Barriere ist. Dieses Phänomen ist ausschließlich Quantennatur und widerspricht vollständig allen Gesetzen und Dogmen der klassischen Mechanik. Je erstaunlicher die Welt, in der wir leben.
Um zu verstehen, was der Quantentunneleffekt ist, ist es am besten, das Beispiel eines Golfballs zu verwenden, der mit etwas Kraft in das Loch geschossen wird. Zu jeder Zeiteinheit steht die Gesamtenergie des Balls der potentiellen Schwerkraft entgegen. Wenn wir davon ausgehen, dass seine kinetische Energie der Schwerkraft unterlegen ist, dann die angegebeneDas Objekt kann das Loch nicht alleine verlassen. Dies entspricht aber den Gesetzen der klassischen Physik. Um den Grabenrand zu überwinden und seinen Weg fortzusetzen, braucht es auf jeden Fall einen zusätzlichen kinetischen Impuls. Also sprach der große Newton.
In der Quantenwelt sind die Dinge etwas anders. Nehmen wir nun an, dass sich in dem Loch ein Quantenteilchen befindet. In diesem Fall sprechen wir nicht mehr von einer echten physikalischen Vertiefung in der Erde, sondern von dem, was Physiker üblicherweise ein "potenzielles Loch" nennen. Dieser Wert hat auch ein Analogon der physischen Platine - eine Energiebarriere. Hier ändert sich die Situation dramatisch. Damit der sogenannte Quantenübergang stattfindet und sich das Teilchen außerhalb der Barriere befindet, ist eine weitere Bedingung notwendig.
Wenn die Intensität des externen Energiefeldes geringer ist als die potentielle Energie des Teilchens, dann hat es eine reelle Chance, die Barriere unabhängig von ihrer Höhe zu überwinden. Auch wenn es im Verständnis der Newtonschen Physik nicht genug kinetische Energie hat. Dies ist der gleiche Tunneleffekt. Es funktioniert wie folgt. Charakteristisch für die Quantenmechanik ist die Beschreibung eines beliebigen Teilchens nicht mit Hilfe irgendwelcher physikalischer Größen, sondern mittels einer Wellenfunktion, die mit der Wahrscheinlichkeit verbunden ist, dass sich das Teilchen in jeder bestimmten Zeiteinheit an einem bestimmten Punkt im Raum befindet.
Wenn ein Teilchen mit einer bestimmten Barriere kollidiert, kannst du mithilfe der Schrödinger-Gleichung die Wahrscheinlichkeit berechnen, diese Barriere zu überwinden. Da ist die Barriere nicht nur energetischabsorbiert die Wellenfunktion, dämpft sie aber auch exponentiell. Mit anderen Worten, es gibt in der Quantenwelt keine unüberwindbaren Hindernisse, sondern nur zusätzliche Bedingungen, unter denen sich ein Teilchen außerhalb dieser Barrieren befinden kann. Verschiedene Hindernisse stören natürlich die Bewegung von Partikeln, aber keinesfalls sind feste undurchdringliche Grenzen. Relativ gesehen ist dies eine Art Grenzlinie zwischen zwei Welten – der physischen und der energetischen.
Der Tunneleffekt hat seine Entsprechung in der Kernphysik - die Autoionisation eines Atoms in einem starken elektrischen Feld. Auch die Festkörperphysik ist reich an Beispielen für die Manifestation des Tunnelns. Dazu gehören Feldemission, Wanderung von Valenzelektronen sowie Effekte, die beim Kontakt zweier Supraleiter entstehen, die durch einen dünnen dielektrischen Film getrennt sind. Der Tunnelbau spielt eine herausragende Rolle bei der Durchführung zahlreicher chemischer Prozesse bei tiefen und kryogenen Temperaturen.
