Самый важный пример квантового туннелирования — это наше Солнце

Каждый день мы видим его свет, чувствуем его тепло, но мало кто осознает, что без квантового туннельного эффекта оно бы просто не горело. Солнце светит благодаря термоядерному синтезу, при котором протоны (ядра водорода) сливаются, образуя в конечном итоге ядра гелия и выделяя огромную энергию. Но для этого протоны должны преодолеть мощное электрическое отталкивание — ведь они имеют одинаковый положительный заряд. Даже при температуре в 15 миллионов градусов, которая царит в недрах Солнца, энергии протонов недостаточно для преодоления этого барьера. Если бы мир подчинялся только классическим законам, звезды были бы невозможны! Но благодаря квантовому туннелированию протоны иногда "просачиваются" сквозь барьер отталкивания и сближаются настолько, что вступают в ядерную реакцию.

Примечательна и скорость этого процесса. Среднее время ожидания для одного протона до вступления в реакцию синтеза составляет около 10 миллиардов лет — больше возраста самого Солнца! Такая медлительность — настоящее благо для нас. Если бы туннелирование происходило чаще, Солнце сгорело бы слишком быстро, не дав возможности развиться жизни на Земле. Туннельный эффект давно вышел из области чистой теории и нашел множество практических применений. Туннельные диоды, использующие квантовое туннелирование электронов, работают в высокочастотных схемах и микроволновых приемниках. Сканирующий туннельный микроскоп позволяет получать изображения отдельных атомов, используя туннелирование электронов между острием зонда и исследуемой поверхностью.

Современные флеш-накопители и твердотельные накопители работают благодаря контролируемому туннелированию электронов. А квантовые компьютеры используют туннельный эффект как один из механизмов для выполнения вычислений, недоступных классическим машинам. В 2023 году Нобелевская премия по физике была присуждена за исследования в области аттосекундной физики, где туннелирование электрона из атома играет ключевую роль в генерации сверхкоротких импульсов света.

Источник: dzen.ru

Комментарии: