¿Cuál es la velocidad del túnel cuántico?

Bueno, realmente solo voy a copiar el resumen de una investigación reciente.

Lamentablemente, las otras respuestas proporcionadas varían de mal a charlatanería. Algunos simplemente estaban anticuados y eran tan buenos como cualquiera suponía antes de la investigación presentada.

TL; DR:
Está en la escala de ~ 100 attosegundos para la tunelización de electrones a través de un átomo.
Todavía no tenemos un modelo completo de esto, pero lo que se modela parece estar de acuerdo con sus resultados, al menos según estos investigadores. De cualquier manera, el experimento es reproducible, solo tendremos que esperar hasta que salga más. Es posible que otros documentos ya hayan salido también.


Evidencia experimental para el tiempo de túnel cuántico
Cartas de revisión física / American Physical Society / aps.org

Se investigan los primeros cien attosegundos de la dinámica de los electrones durante la fuerte ionización de tunelización de campo. Cuantificamos teóricamente cómo las trayectorias clásicas del electrón en el continuo emergen del proceso de tunelización y probamos los resultados con los alcanzados en paralelo a partir de las mediciones del attoclock. Aquí se logra una sensibilidad especialmente alta en la barrera de túnel al comparar las distribuciones de momento de dos especies atómicas de potenciales atómicos ligeramente desviados (argón y criptón) que se ionizan en condiciones absolutamente idénticas con pulsos láser de infrarrojo cercano (1300 nm). El acuerdo entre el experimento y la teoría proporciona evidencia clara de un retraso en el tiempo de tunelización distinto de cero y un impulso longitudinal no desapareciente del electrón en la “salida del túnel”.

Recibido el 20 de enero de 2017
DOI: https: //doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.023201
© 2017 Sociedad Estadounidense de Física

El “túnel cuántico” solo significa que, cuando aplica las reglas de la mecánica cuántica a un sistema con ciertas condiciones de contorno, existe una probabilidad distinta de cero de que una partícula se mida en una posición que está prohibida de manera clásica.


Para hablar de manera significativa sobre la velocidad del túnel cuántico, tendrías que (por ejemplo) medir la posición de un electrón en un lado de una barrera potencial, que el electrón no tiene suficiente energía para superar de manera clásica, y luego después de algunos conocidos tiempo [matemática] \ Delta t [/ matemática] mide el mismo electrón en el otro lado de la barrera potencial, una distancia [matemática] \ Delta x [/ matemática] desde su posición original. La “velocidad” del túnel sería entonces [matemática] \ Delta x / \ Delta t. [/ Matemática]

Fuente de la imagen: Túnel cuántico – Wikipedia

Hay un par de problemas importantes con esto. Primero, los electrones son partículas idénticas (todas son indistinguibles), por lo que sería difícil establecer una situación en la que sepa que midió el mismo electrón en cada lado de la barrera.

En segundo lugar, y lo más importante, la esencia del túnel cuántico es que una partícula se describe mediante una función de onda [matemática] \ psi (x), [/ matemática] (la curva roja) cuyo módulo cuadrado [matemático] | \ psi (x) | ^ 2 [/ math] es (más o menos) la probabilidad de encontrar la partícula cerca de la posición [math] x, [/ math] y que [math] | \ psi (x) | ^ 2 \ neq0 [/ math] para algunos valores de [matemáticas] x [/ matemáticas] que son imposibles según la física clásica. Entonces, la función de onda se distribuye en el espacio y se extiende a ambos lados de la barrera potencial (rectángulo negro).

Sin embargo, cuando toma la medición de la primera posición, “colapsa” la función de onda del electrón en un lado de la barrera potencial (o potencialmente en algún lugar dentro de la barrera si tiene un ancho distinto de cero). Esto significa que cualquier medición posterior de la posición de ese electrón producirá el mismo resultado que la primera medición. Una vez que mide el electrón en un lado de la barrera potencial, la probabilidad de medirlo en el otro lado de la barrera es cero.

Por lo tanto, es difícil definir la velocidad del túnel cuántico en un sentido significativo.

Debería poder derivarlo del Principio de incertidumbre de Heisenberg sobre “impulso y ubicación”.

Supongamos que está trabajando en un túnel de electrones a través de los átomos.

dx * dp> h / 2

significa que puede conocer uno de ellos con precisión, pero el otro se vuelve erróneo ya que la medición rompe la naturaleza del mismo.

El lado derecho es 5.2728 * 10 ^ -35 (joule * segundos)

si elige dx como precisión del microscopio y su medición con +/- 10 ^ -10 metros de error (angstrom, aproximadamente el tamaño de un átomo)

dx (esto es 10 ^ -10 m) * dp> 5.2728 * 10 ^ -35 ((kg * meterSquared / secondSquared) * segundos)

entonces el error de impulso será mayor que: P> 5.2728 * 10 ^ -25

y si la partícula de túnel es un electrón, su masa es casi 10 ^ -30 kg

m (electrón) * speed_error (electrón)> 5.2728 * 10 ^ -25

10 ^ -30 kg * speed_error (electrón)> 5.2728 * 10 ^ -25

error de velocidad medida> 5.2728 * 10 ^ 5 m / s

Esto significa que si realiza la medición dentro del tamaño atómico, habrá un error de medición de velocidad de 527280 m / s. Ahora supongamos que no está buscando ningún orbital atómico sino también el electrón en sí mismo, entonces la medición de ubicación debe tener mucho menos error como

3 * 10 ^ -15 m (r_electrón)

entonces el error en la medición de velocidad se convierte en

error> 158184000000 metros por segundo!

error> velocidad de la luz!

error de medición de velocidad> 530 veces la velocidad de la luz!

por supuesto solo si ubica un electrón en su lugar justo después de un túnel para saber si es el electrón que se ha tunelizado.

Entonces, si pudiera medir tal cosa, el dispositivo de medición mostraría los gráficos (múltiplo de 530 veces la velocidad de la luz) .