¿Qué es el túnel cuántico? ¿Cómo sabemos que existe y qué puede hacer?

En física, se entiende que la luz puede actuar como una onda y como pequeñas partículas de energía, y hay muchos experimentos para demostrarlo. Ahora, un físico inteligente pensó que si algo que siempre pensamos que era una onda también puede ser una partícula, ¿tal vez las cosas que vemos como partículas pueden actuar como ondas? Este hombre se llamaba De Broglie, y esto causó muchos desarrollos en física cuántica.

Tunneling Quantum es solo otra aplicación de esto. Es cuando una partícula pequeña actúa como onda y atraviesa una barrera que no puede cruzar como partícula. Piensa en una pelota golpeando una pared. No puede cruzar la pared, lo sabemos por la mecánica clásica. Pero, si miramos esta bola como una ola, de repente hay una probabilidad finita de que esté al otro lado de la pared, donde la ola puede atravesarla. Si lo hace más fácil de entender, es como tomar prestada la energía que necesita para cruzar la barrera y devolverla cuando se cruza, todo en un corto período de tiempo.

¿Cómo sabemos que existe? Sabemos que existe porque hay muchas cosas que no podrían explicarse sin él. Primero es la energía en el sol. La energía proviene de muchas pequeñas reacciones de fusión con átomos de hidrógeno que se unen. Sin embargo, hay mucha repulsión entre los átomos de hidrógeno (como las cargas que se repelen), y se necesita una temperatura alta para poder superar esta barrera de repulsión y hacer que el hidrógeno se una. Sin embargo, aunque hace mucho calor, el sol no es tan caliente como debe ser para que esto suceda. Sin embargo, si lo miramos en términos de túneles, hay una pequeña probabilidad de que el hidrógeno haga un túnel y se fusione con otro hidrógeno. Debido a la gran cantidad de átomos de hidrógeno en el sol, incluso con la pequeña probabilidad, hay suficientes átomos para tener suficiente túnel para el suministro de energía.

Otra cosa que nos dice acerca de esto es la descomposición de partículas alfa de un núcleo. La partícula alfa se forma dentro del núcleo del átomo, pero según la mecánica clásica, nunca debería poder escapar ya que no tiene suficiente energía. Sin embargo, todavía sucede. ¿Por qué? ¡Porque sale de túneles!

La tunelización cuántica puede hacer mucho, como la descomposición de la que acabo de hablar, que puede tener aplicaciones médicas muy útiles, o el sol, que es vital para la supervivencia. Creo que se está investigando mucho sobre nuevas aplicaciones de túneles cuánticos, ¡y eso sería algo realmente interesante! Incluso la teletransportación sería posible, ya que los humanos teóricamente pueden hacer túneles, pero hay una probabilidad muy pequeña de que eso suceda. O, tal vez ya sucedió, y nadie cree en el pobre hombre que pudo cruzar la pared de 10 pies.

De cualquier manera, el túnel es un concepto difícil de entender ya que es muy diferente a todo lo que nos han enseñado en física. Traté de dar la mayor cantidad de detalles posible, pero si hay algo más que necesites saber, avísame 🙂

La tunelización cuántica es algo que la física clásica no puede explicar y no tiene una analogía. Solo ocurre en la escala cuántica, donde las partículas estudiadas exhiben las propiedades de las ondas y las partículas . Una de esas partículas es el electrón. No podemos observar directamente este fenómeno, pero se pueden obtener resultados útiles con modelos de mecánica cuántica como la ecuación de Schrödinger.

La mecánica clásica predice que las partículas que no tienen suficiente energía nunca pueden pasar sobre una barrera potencial, como una pelota que supera una colina empinada. Sin embargo, en la mecánica cuántica, las partículas microscópicas pueden, con pequeñas probabilidades, atravesar la barrera en cuestión, por así decirlo. Por lo tanto, la probabilidad de un estado más allá de la barrera disminuye exponencialmente pero no llega a cero como lo haría para las partículas clásicas.

Hay muchas aplicaciones de tunelización cuántica. Un ejemplo vívido es la fusión nuclear en las estrellas. Sin importar cuán alta sea la temperatura y la presión en el núcleo, ambas son clásicamente deficientes para que los núcleos atómicos superen la barrera de Coulomb para la fusión. Afortunadamente para toda la vida, la probabilidad de que los núcleos exhiban túneles no es cero y una estrella puede generar una fusión estable incluso durante miles de millones de años antes de desaparecer.

No puedo responder a su pregunta directamente, pero espero que lo que diga lo ayude a comprender que el túnel cuántico fue creado en la mente humana para ayudar a estudiar los fenómenos naturales. La tunelización cuántica no es algo real, es una construcción que nos ayuda a pensar en los problemas. Aquí hay un par de citas de Wikipedia:

“La tunelización cuántica se refiere al fenómeno de la mecánica cuántica en el que una partícula se tuneliza a través de una barrera que no podía superar clásica … La tunelización cuántica cae dentro del dominio de la mecánica cuántica: el estudio de lo que sucede a escala cuántica. Este proceso no se puede percibir directamente, pero gran parte de su comprensión está determinada por el mundo microscópico, que la mecánica clásica no puede explicar adecuadamente.

Observe la palabra partícula. También es un producto de la imaginación humana destinada a ayudarnos a pensar en algo que realmente no podemos definir como la luz. También tenga en cuenta el estudio de palabras. La mecánica cuántica es el estudio de algo que no podemos ver.

La tunelización cuántica es la capacidad de una partícula que se encuentra en el otro lado de una barrera debido a la incertidumbre de su posición. La posición de una partícula se describe por su función de onda, que da la probabilidad de encontrarla: si tiene un valor distinto de cero en el otro lado de una barrera, entonces se puede encontrar allí, ¡incluso si no se puede encontrar dentro de la barrera!

Esto está bien probado: incluso hay un dispositivo que puede comprar llamado diodo de túnel que utiliza el efecto directamente.