¿Hay alguna explicación física del túnel de partículas en física?

Creo firmemente que la mecánica clásica puede explicar cada una de las que se dice que es puramente mecánica cuántica, y sin una contraparte clásica. Si dices que en la mecánica cuántica puedes tomar prestada energía y luego devolverla para explicar el túnel, entonces seguro que esto no tiene un paralelo clásico y es estrictamente imposible. Pero si dice que estoy creando un modelo (QM) en el que esta es una suposición para que sucedan cosas, y considera que esto es útil y produce buenas predicciones, entonces es bueno para usted. Pero como la física de la realidad está involucrada, hay una explicación clásica definitiva para todo lo que pueda realizar experimentalmente. Tome esta cita de Wikipedia que explica el fenómeno;

” Por lo tanto, una bola sin suficiente energía para superar la colina rodaría hacia abajo. O, al carecer de la energía para penetrar una pared, se recuperaría (reflexión) o, en el caso extremo, se enterraría dentro de la pared (absorción). En la mecánica cuántica, estas partículas pueden, con una probabilidad muy pequeña, hacer un túnel hacia el otro lado, cruzando así la barrera. Aquí, la “bola” podría, en cierto sentido, tomar prestada energía de su entorno para hacer un túnel a través de la pared o “rodar sobre la colina”, devolviéndola haciendo que los electrones reflejados sean más enérgicos de lo que hubieran sido de otra manera ”.

Entonces, incluso en QM si el electrón no tiene la energía que no puede escalar … tiene que ‘tomar prestada’ energía … por lo tanto, la única diferencia entre la mecánica clásica y la Q está en la idea del préstamo, no en la existencia en todas partes ola etc.

¿Puedes tomar prestada energía en mecánica clásica? Bueno, si te miras a ti mismo cuando te lavas la cara por la mañana parado en el fregadero. Verás que muy pocas partículas logran saltar a tu cara desde el fondo del fregadero, para mi molestia, puedo decir. El grifo está muy por debajo de su cara, y la parte inferior del fregadero es aún más baja … ¿cómo saltó esta partícula? … necesitaba más energía de la que comenzó … así que esta partícula debe haber tomado prestada energía de sus vecinos para saltar todo el camino solo para molestarte !!

La historia completa es que QM es una ciencia probabilística … y en la probabilidad hay distribuciones no valores fijos … y la media o el promedio es lo que entra en las ecuaciones de QM … Eso significa la probabilidad de tener algún valor. aunque con una probabilidad disminuida. Por cierto, el ejemplo del sumidero es común … toda evaporación de líquido ocurre de esta manera … Si el agua está a 20 grados, no puede evaporarse a presión atmosférica, porque la energía cinética de las moléculas no es suficiente para permitirles para superar las fuerzas estáticas de la tensión superficial y salir de la superficie … pero lo hacen … cómo lo hacen es bien sabido, por supuesto … las partículas interactúan todo el tiempo, y algunas de ellas repentinamente ganan más energía que la velocidad de escape y el salto arriba y afuera. Eventualmente regresará a la superficie, a menos que el viento lo vuele, por ejemplo, la temperatura del agua (energía) disminuirá aún más y la probabilidad de que la próxima molécula salte se reduzca, y así sucesivamente. Y esto también es similar a lo que sucede cuando disparas una bala con una pistola … en todos los casos, las fuerzas elásticas crean una honda que dispara partículas afectadas desde baja velocidad o incluso desde el descanso temporal.

Si está interesado en la experiencia práctica de este fenómeno, copie el algoritmo a continuación y ejecútelo. Las cifras que se muestran son para cargas atrapadas dentro de una carcasa circular por un potencial fijo (un muro de cargas similares). Todas las cargas interactúan de acuerdo con el cuadrado inverso y permanecen atrapadas la mayor parte del tiempo, pero de repente una de ellas adquiere (toma prestada) un impulso adicional que le permite disparar más allá de la barrera. Las distancias entre los puntos indican la velocidad relativa.

Por lo tanto, la tunelización es solo el resultado de ocultar el hecho de que los valores de QM son solo medios, promedios o expectativas de una distribución de valores de un rango muy amplio, y todo el fenómeno es tan clásico como puede ser.

La mecánica clásica no puede describir este fenómeno. Esta es la razón por :

Suponga una energía potencial [matemática] V [/ matemática] que depende del eje [matemático] x [/ matemático]. [matemática] V (x) = V_o si x \ in [\ frac {-a} {2}, \ frac {+ a} {2}]. [/ math]

La energía total dentro del intervalo es:

[matemáticas] E = \ frac {1} {2} mv ^ 2 + V_o [/ matemáticas]

Entonces podemos deducir la velocidad de la partícula dentro de la barrera potencial

[matemática] v = \ sqrt {\ frac {2 (E- V_o)} {m}} [/ matemática]

Pero para un túnel [matemática] E [/ matemática] debe [matemática]

Entonces [matemáticas] E – V_o <0 [/ matemáticas], y la raíz cuadrada de un número negativo no existe en los números reales. En la mecánica clásica, la partícula no puede atravesar la barrera potencial.

Básicamente, no hay uno que comprendamos en un sentido intuitivo. Entendemos la mecánica cuántica en su abstracción, pero no la entendemos (enteramente) de la manera intuitiva que entendemos la física clásica.

Primero, la abstracción: los túneles resultan del requisito de continuidad de la ecuación de Schrödinger.

La ecuación de Schrödinger requiere que sus soluciones (las funciones de onda) sean continuas. Eso significa que no pueden desaparecer repentinamente en algún lugar. El resultado de esto es que, si intentas confinar una partícula al interior de una caja, la distribución de probabilidad de la partícula se extenderá más allá de las paredes de la caja (si no fuera así, la función de onda no sería continua en las paredes) Tendría que desaparecer de repente allí).

Esto se muestra gráficamente aquí:

Una representación gráfica de una partícula en una caja. El muro es la región donde la función de onda es azul. A la izquierda de la pared está el interior de la caja y a la derecha de la pared está el exterior de la caja. La probabilidad de encontrar la partícula en cualquier región a lo largo del eje horizontal es la integral de la función de onda cuadrada sobre esa región; en otras palabras, la distancia de la función de onda desde el eje horizontal en cada ubicación es (la raíz compleja de) la probabilidad de que la encuentre allí cuando la mida.

Bien, aparte de la abstracción, ¿qué está pasando realmente , físicamente? Bueno, desafortunadamente no hay una interpretación intuitiva, o incluso generalmente acordada. Entonces realmente no lo sabemos.

Lo que generalmente decimos es que, antes de una medición, la partícula se encuentra en un estado de superposición: actúa como una onda no localizada, donde se distribuye principalmente dentro de la caja y un poco fuera de la caja. Cuando lo mides, rompes la superposición ( colapsas la función de onda , por así decirlo), para que solo la encuentres en una ubicación.