تونل زنی کوانتومی: معمایی که حالا فیزیکدانان آن را حل کردند!

6

با گذشت بیش از صد سال از تولد مکانیک کوانتوم، دانش به حدی رشد کرده که بتواند پیش بینی های این نظریه را بیازماید. حالا راز تونل زنی، یکی از پدیده های شگفت انگیز کوانتومی، حل شده است. با  دیپ لوک همراه باشید…

گروهی از دانشمندان از سراسر دنیا که روی فیزیک فوق سریع کار می کنند، توانستند به راز تونل زنی کوانتومی پی ببرند. آنها دریافتند تونل زنی کوانتومی، یک فرآیند آنی است. این نظریه ی جدید در حوزه های کوچک و سریعی که تونل زنی کوانتومی مهم است،بسیار تاثیرگذار خواهد بود. این یافته، همچنین می تواند منجر به درک بهتر مباحث گوناگونی مانند میکروسکوپ الکترونی، همجوشی هسته ای و جهش های DNA شود.

تونل زنی کوانتومی چیست؟

اگر چیزی در مورد تونل زنی کوانتومی نمیدانید، نگران نباشید، من با یک جمله این مفهوم را به شما میفهمانم: تونل زنی کوانتومی مثل همان حرکت ارواح از درون دیوار در فیلم هاست! البته نه به همان کشکی! این پدیده ریاضیات پیچیده ای دارد. برای روشن تر شدن موضوع به شکل زیر نگاه کنید:

تونل زنی کوانتومی 2

فیزیک کلاسیک می گوید اگر این سنگ بخواهد به سمت دیگر تپه برود، لاجرم باید شخصی آن را به بالای قله برده و از آنجا به پایین هل دهد، اما مکانیک کوانتوم راه را کوتاه کرده و میگوید، سنگ می تواند از دل کوه عبور کند! این پدیده اگرچه برای ما آدم های ماکروسکوپی، خنده دار و غیرممکن به نظر می رسد، اما لحظه به لحظه در دنیای کوانتومی اتفاق می افتد! حتما الان با چشمان از حدقه بیرون زده می پرسید چطور؟ اول فاتحه ای نثار روح پرفتوح هایزنبرگ مرحوم کنید که با اصل عدم قطعیتش، علتی برای اکثر پدیده های کوانتومی فراهم کرد! طبق اصل عدم قطعیت، نمی توان مکان و اندازه حرکت یک ذره را باهم اندازه گیری کرد و ما هیچگاه نمی توانیم مکان یک ذره با اطمینان کامل مشخص کنیم، بلکه همیشه این مقدار با عدم قطعیتی همراه خواهد بود. پس همواره برای حضور ذره در هر جایی احتمالی وجود دارد! یعنی برای حضور دره در آن سمت تپه هم احتمال معینی وجود دارد! تونل زنی در واقع به دوگانگی موج-ذره هم بستگی دارد و اینکه مثلاً یک الکترون مثل یک موج، موقعیت مشخصی ندارد و بنابراین می تواند از سدهای به ظاهر غیرقابل نفوذی عبور کند. شکل زیر همین پدیده را به تصویر می کشد.

تونل زنی کوانتومی

تونل زنی کوانتومی نقش مهمی در همجوشی هسته ای در خورشید، میکروسکوپی تونل زنی روبشی و فلش مموری های کامپیوتر دارد. دانشمندان موسسه ی تحقیقاتی فیزیک و مهندسی ANU اعضای تیمی هستند که آزمایش های فوق سریع را در مقیاس اتوثانیه (که طی ۱۰ سال گذشته توسعه یافته) مطالعه کرده اند. در واقع آنها ظریف ترین و حساس ترین فرآیند طبیعت را مدلسازی کردند. تا قبل از این پژوهش، توضیح بعضی از پدیده های اتوثانیه، مانند تاخیر زمانی یونیزه کردن اتم توسط یک فوتون، به روشنی ممکن نبود. در چنین فرآیندهای فوق سریعی، مدت زمانی که یک الکترون به خارج از اتم تونل می زند، بسیار مهم است. اما ریاضیدانان می گویند که زمان پدیده ی تونل زنی، موهومی است، یعنی یک عدد پیجیده که معنای آن را تنها به صورت یک فرآیند آنی درک می کنیم.  حالا یک پارادوکس جالب مطرح می شود، زیرا سرعت الکترون در حین تونل زنی ممکن است بزرگتر از سرعت نور شود! اما این برخلاف نظریه ی نسبیت خاص نیست، زیرا سرعت تونل زنی، یک عدد موهومی است! نتایج این پژوهش نشان می دهد که تاخیر در یونش نوری ناشی از تونل زنی کوانتومی نیست، بلکه حاصل میدان الکتریکی جاذبه ای هسته به الکترون در حال فرار است. این نتایج، معیار دقیقی را برای پژوهش های اتوثانیه بدست می دهد. محققان این پروژه معتقدند که این آزمایش می تواند مرجع خوبی برای آزمایش های آینده، مانند تانشدن پروتئین ها یا سرعت گرفتن الکترون ها در میکروچیپ ها باشد.

منبع: phys.org

برای آگاهی از جدیدترین مقالات دیپ لوک، کافیست ایمیل خود را در فیلد زیر وارد کنید

[wysija_form id=”1″]

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

گفتگو۶ دیدگاه

  1. با سلام خانم ریاحی وب سایت خیلی جالبی را راه اندازی کردید و مطالب آموزنده ی زیادی رو یاد گرفتم
    به امید پیشرفت روز افزون سایتتون

    • ناهید سادات ریاحی

      مرسی دوست عزیزم ایشالا به کمک همراهانی چون شما، مطمئنم دیپ لوک زود رشد میکنه. خوشحال میشم دیپ لوک رو به دوستانتون که به کوانتوم علاقمندند معرفی کنین.

  2. ذبیح اله مومنی

    سلام سایت جالبیه اما چرا تبلیغات خود نمایی میکنه! سایت باید کاملا علمی باشه نه تبلیغاتی!

    • ناهید سادات ریاحی

      تبلیغات؟؟؟!!! والا من نه در پاپ آپ، نه درهدر نه در فوتر و نه در کانتنت از هیچ تبلیغاتی استفاده نکردم. میشه بفرمایید غیر از یه باکس خیلی کوچیک تو سایدبار، چه تبلیغ دیگه ای در سایت وجود داره؟؟؟

      • اشکالی نداره. باید از سایت خوبی مثل این سایت حمایت شه. بنظرم اصلا یه ستون کامل رو هم اختصاص بدید تبلیغ ، اشکالی نداره.

ارسال نظر


*