Studnia potencjału i tunelowanie kwantowe

O zjawisku, które w fizyce klasycznej nie miałoby prawa zachodzić i które ilustruje falową naturę cząstek. Czym właściwie jest tunelowanie? Na czym polega jego znaczenie w fizyce? Jaki ma związek z radioaktywnością? Czy ma zastosowania praktyczne?

[blargotron]

Macie animację jaką na studiach sobie zrobiłem na jedne zajęcia. To rozwiązanie równania Schrödingera zależnego od czasu, w 1 wymiarze. Niebieska linia to potencjał (część V operatora Hamiltona, energia potencjalna). Czerwona linia reprezentuje rozkład gęstości prawdopodobieństwa położenia cząstki w różnych miejscach (kwadrat modułu wartości funkcji falowej położenia). Oś X to pozycja w przestrzeni (1 wymiar). Startowo ten rozkład jest rozkładem normalnym o jakiejś średniej i odchyleniu, średnia reprezentuje pozycję cząstki a odchylenie

[IksdeHeheh]

@blargotron: nic nie rozumiem, plusik

[blargotron]

@IksdeHeheh: Przepraszam, nie potrafię chyba wytłumaczyć lepiej. Nie jestem też fizykiem.

Taka analogia: wyobraź sobie, że chcesz wrzucić piłkę do kosza. Im mocniej rzucasz, tym większą początkową prędkość, a więc i pęd i energię kinetyczną ma piłka. Po drodze do kosza ta prędkość (czy pęd czy energia) są tracone, częściowo przez tarcie, ale głównie przez to, że przyciąga ją grawitacyjnie Ziemia nadając jej w przybliżeniu stałe przyspieszenie w dół, jak

[Jakub-Johnstone]

Bardzo fajnie napisane.

[neo78]

@Jakub-Johnstone: Prawdopodobieństwo wystąpienie danego zdarzenia - na słońcu jest bardzo niskie, ale świeci i grzeje.

[Jakub-Johnstone]

@neo78 nie negując, właśnie przykład słońca nie do końca do mnie przemawia, wspomniana jest za niska temperatura a nie ma ani słowa o ciśnieniu. Te parametry przy fuzji są zamienne, w reaktorach fuzyjnych niesposób uzyskać ciśnienie choćby zbliżone do tego wewnątrz gwiazdy, zamiast tego podgrzewa się plazmę do temperatury rzędu 150 mln K.

[jeanpaul]

Fajny tekst, ale autor trochę popłynął przy tranzystorach o wartości 1 lub 0

Tranzystor może być wyłączony i mieć wówczas wartość zera lub włączony i mieć wartość jedynki.

A potem przedstawił efekt tunelowy jako coś szkodliwego w elektronice, choć jest to efekt szeroko wykorzystywany.
Mówiąc o zastosowaniach tego efektu w praktyce, nie trzeba udawać się do laboratorium z mikroskopem elektronowym – wystarczy, że czytacie ten tekst na komórce. Diody tunelowe są wykorzystywane w

[pafnucy-kopara]

@jeanpaul: Tylko trzeba rozroznic elektronike na elektronike i elektronike :) w procesorach komputerowych efekt tunelowania jest rzeczywiscie niepozadany bo zwyczajnie zakluca jego prace oraz moze powodowac zwiekszone zuzycie energi i w efekcie przegrzewanie sie ukladu a wraz ze zmniejszaniem sie rozmiaru tranzystora efekty kwantowe nasilaja sie.
Obecnie w przygotowaniu sa tranzystory ferroelektryczne z tunelowaniem kwantowym ktore byc moze pozwola na zmniejszenie rozmieru tranzystora do nawet ponizej jednego nanometra fizycznie bo

[legggy]

czyli rad się rozpada, bo cząstka kiedyś znajdzie się poza strefą, ale jak ona się tam znajduje? wiem, że to jest zasada nieoznaczoności, ale skąd ona raz jest w polu radu i nie ucieknie, potem znajduje się poza, czyli gdzie jest ta droga? pojawia się i znika, potem pojawia ale już poza polem

[legggy]

@Antylogic tak, trzeba przestawić myślenie, taka chmurka gdzie w centrum jest większe prawdopodobieństwo ukazania się cząstki i ona tam jest częściej, tak jakby ona znika i manifestuje się w danym miejscu, jakby skupiając jakieś tworzywo i się ukazuje, raz natomiast robi to poza polem i ucieka z radu. Myślę, że nasze mózgi nie są przystosowane do wyobrażenia sobie tego, jedynie opisowo możemy to sobie przetłumaczyć. Kiedyś myślałem, że kwarki to taki

[polarbit]

Jak ktoś chce to mogę się wypowiedzieć na ten temat.

[t_e_o_m_o]

Obiekty kwantowe istnieją w chmurze prawdopodobieństwa, czasami istnieją, w obszarze który jest mało prawdopodobny do ich wystąpieniach, ale nie zerowy. Co jeszcze dziwniejsze niektórzy naukowcy twierdzą, że we wszechświecie może istnieć np. tylko jeden elektron, który przemieszcza się w czasie będąc na krótko w każdym miejscu tej chmury prawdopodobieństwa, w każdym atomie czy ładunku elektrycznym. Taka optymalizacja naszej symulacji ( ͡° ͜ʖ ͡°)

[Szpergelajacy]

Bardzo fajny gif, niemniej jednak nie rozumiem jednej rzeczy - skoro atom jest przedstawiony jako fala to czemu tak "ściana" nie jest również fala? Przecież tak ściana jest również złożona z atomów a nie magicznej stałej lini w przestrzeni ¯\(ツ)/¯

[Szpergelajacy]

@wielkidorado: aż się boje zapytać co będzie przy 3 atomach ( ͡° ͜ʖ ͡°) 4 gęstość

@proto-nik dzięki za wyjaśnienie

[strasznyposterunkowy]

@milo1000: zamieniła się z kinetycznej na potencjalną?

[blargotron]

@strasznyposterunkowy: Bo wydaje się naruszać zasadę zachowania energii. Nie powinieneś móc wziąć energii z niczego. W świecie kwantowym możesz jednak ją jakby pożyczyć na moment. To wynika z tego że jakby zasada Heisenberga dotyczy też pary niedokładności energii i czasu.

[Piotr_Gasiorowski]

@milo1000: Nie chodzi o "ciężkość" w sensie gęstości mierzonej np. w gramach na centymetr sześcienny, tylko liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze), która określa miejsce pierwiastka w układzie okresowym. Złoto ma liczbę atomową 79, a ołów 82, ołów jest zatem cięższy w tym sensie. Atom ołowiu (najczęściej występującego izotopu Pb-208) jest o ok. 5,6% cięższy niż atom złota (Au-197).

[Piotr_Gasiorowski]

@milo1000: Ale tu nie ma wieloznaczności. Kiedy mówimy o "ciężkich pierwiastkach", to zawsze mamy na myśli liczbę atomową, a nie gęstość. Pierwiastek może istnieć w różnych stanach skupienia albo odmianach alotropowych o najrozmaitszej gęstości. Natomiast liczba atomowa jest dla danego pierwiastka stała i niezmienna – identyfikuje go jednoznacznie.

[jcob1001]

Można samemu zaobserwować przy użyciu LEDów i bardzo niskich prądów