Gracias por A2A.
Leí otras respuestas aquí, que son solo la copia de un artículo de Wikipedia. Si alguien quisiera leer el artículo de Wiki, entonces por qué él / ella haría la pregunta sobre Quora. Simplemente responder una pregunta es diferente, y hacer que alguien entienda la respuesta es diferente … De todos modos …
Déjame probar y compartir mi parte.
- ¿Se puede decidir la verdad del enredo de una vez por todas, utilizando el experimento que propongo a continuación?
- ¿Es cierto que los primeros físicos cuánticos estaban fascinados por los Upanishads hindúes?
- ¿Cuál es la relación entre el principio de exclusión de Pauli y el principio de incertidumbre de Heisenberg?
- ¿Cuáles son los fenómenos de la mecánica cuántica que encuentran aplicación en la tecnología cotidiana?
- En el efecto Compton, la longitud de onda de un fotón incidente tiene un pico, pero después de dispersar su longitud de onda tiene dos picos. ¿Por qué es esto?
Antes de hablar sobre la naturaleza cuántica de las partículas y el túnel cuántico, imaginemos una situación.
Imagina que estás parado al pie de una colina y quieres ir al otro lado de la colina.
Fuente de la imagen: auto dibujado.
La única forma de hacerlo es subir la colina hasta la cima y luego bajar lentamente al otro lado. Pero subir una colina requiere mucha energía , ¿no es así? ¿Qué pasa si eres débil y no tienes tanta energía? ¿Todavía puedes ir a la otra colina?
Parece que hay otra manera de ir al otro lado sin subir la colina. Los trenes generalmente cruzan las colinas sin subir, tú también puedes hacerlo. Puede buscar o buscar un túnel , y luego pasar por ese túnel para llegar al otro lado de la colina sin subirlo . Si puede encontrar y cruzar el túnel con éxito, puede cruzar la colina , incluso si no tiene suficiente energía para escalar.
Fuente de la imagen: auto dibujado.
Mundo cuántico y túnel cuántico:
En el nivel cuántico , las leyes de la física ya no son las mismas que las leyes físicas normales que vemos en nuestra vida diaria. Muchas cosas extrañas suceden a nivel cuántico. Por ejemplo , supongamos que está jugando billar en nuestro mundo macroscópico, por lo que puede esperar que una bola de billar en particular desaparezca en un lugar y aparezca de repente en otro . No puede suceder, cierto. Para cambiar el lugar, la pelota tiene que rodar hacia ese lugar en la mesa. Pero, a nivel cuántico, las partículas desaparecen en un lugar y aparecen en otro lugar inmediatamente .
Otro ejemplo sería un mito clásico, que dice que los electrones giran alrededor del átomo. Donde, como en realidad a nivel cuántico, los electrones no orbitan en absoluto. Un electrón simplemente desaparece y aparece en su nube probabilística, en función de su nivel de energía.
Entonces, cuando profundizamos más en el nivel cuántico, vemos que está lleno de probabilidades. Ejemplo: el orbital 1S de hidrógeno es solo una región en forma circular donde la probabilidad de encontrar un electrón es alta. Entonces, se trata de probabilidades . ¿Puedes encontrar un electrón en el orbital 2s o 3s de un hidrógeno? La respuesta sería, sí, puede ser, pero con muy poca probabilidad , si ese electrón puede tener una energía muy alta. Después de todo, los orbitales son solo niveles de energía, y no algunas regiones definidas físicamente. La probabilidad puede ser cercana a cero, pero no es cero. Y esto cambia todo a nivel cuántico.
Ahora hablemos sobre el túnel cuántico .
Ahora sabemos que las partículas pueden desaparecer y aparecer de inmediato. Recuerde la situación en la que quería cruzar la colina (imagen de arriba) . Ahora, imagine que en lugar de usted, una partícula está parada allí, y en lugar de una colina, hay una barrera potencial o barrera energética. En términos simples, una barrera de energía es un límite que indica que la partícula debe poseer tanta energía para atravesarla. Es solo un nivel de energía, y no una colina física a escala atómica.
La analogía del nivel de energía sería como un club nocturno . Digamos que hay un club nocturno donde las partículas pueden pasar el rato y disfrutar. Club nocturno requiere 50 $ para dar entrada . Y la ‘partícula x’ tiene solo 20 $, por lo que la partícula x requeriría otros 30 $ para obtener la entrada dentro del club. Pero, la partícula no puede obtener dinero extra, sus amigos (otras partículas) también negaron prestar algo de dinero (excitación energética) a la partícula x. Todavía existe la posibilidad de que la partícula x pueda encontrar una puerta trasera y entrar dentro del club, sin gastar nada. Pero la probabilidad de encontrar una puerta trasera es muy baja.
Esto es como el túnel cuántico. Cuando una partícula aparece al otro lado de la barrera energética sin tener la energía suficiente para cruzar la barrera energética. Este fenómeno es el túnel cuántico, donde parece que la partícula se ha tunelizado a través de la barrera de energía.
La probabilidad de que esto ocurra es muy baja. Digamos que si hay 1 millón de partículas, entonces puede haber solo 1 o 2 partículas que puedan atravesar la barrera y aparecer en el otro lado.
Aplicación de túnel cuántico
El túnel cuántico es un fenómeno experimentalmente confirmado y observado. Pero, una de sus aplicaciones realmente me aturde. La tunelización cuántica en realidad nos ha permitido visualizar los átomos y las moléculas en sí. Es como mirar las moléculas y los átomos bajo un microscopio. Microscopio de túnel de escaneo, por el cual los físicos Gerd K. Binnig y Heinrich Rohrer recibieron el Premio Nobel de Física en 1986. El mecanismo completo de STM no puede discutirse aquí, pero funciona sobre el principio subyacente del túnel cuántico.
A continuación se muestran algunas imágenes de moléculas vistas bajo STM.
Los átomos de silicio. Cada bola morada es un átomo de silicio. Imagen cortesía de la Universidad de California, Irvine.
26 átomos de carbono y 14 átomos de hidrógeno estructurados como tres anillos de benceno conectados. Imagen cortesía de Berkeley Lab.
