Efectul tunel din mecanica cuantică este practic instantaneu

Efectul tunel, o caracteristică cheie a mecanicii cuantice, se produce atunci când o particulă trece printr-o barieră de potenţial a cărei traversare ar fi imposibilă după legile mecanicii clasice.

În urma unor experimente efectuate de fizicienii de la Griffith University, Lanzhou University, Australian National University, Drake University și Institute for Basic Science din Coreea de Sud s-a măsurat intervalul de timp necesar efectului tunel, care este și timpul necesar pentru ca electronul să iasă din atomul de hidrogen.

„În lumea macroscopică obiectele respectă legile fizicii lui Newton. Dacă vă sprijiniți de un perete, acesta se opune cu o forţă care vă împiedica să treceţi prin el.

În lumea microscopică lucrurile se comportă diferit, astfel încât legile fizicii clasice sunt înlocuite cu legile fizicii cuantice”, a declarat profesorul Robert Sang de la Centre for Quantum Dynamics din cadrul Griffith University.

Timp de 3 ani, profesorul Sang și colegii lui au efectuat o serie de experimente în cadrul Australian Attosecond Science Facility în care au măsurat timpul necesar pentru ca o particulă cuantică să treacă printr-un astfel de „perete”, mai exact o barieră de potenţial.

Cercetătorii au stabilit o limită superioară de 1,8 attosecunde pentru efectul tunel. Credit: Griffith University.

„Noi am folosit atomul de hidrogen, cel mai simplu atom și am descoperit că, pe baza a ceea ce am putut măsura, efectul tunel este practic instantaneu”, a declarat profesorul Sang.

Experimentul s-a bazat pe o proprietate a radiaţiei electromagnetice pe care cercetătorii au utilizat-o pentru a măsura intervale de timp de ordinul attosecundelor (1 attosecundă =1×10⁻¹⁸ secundă).

Un fascicul laser care interacţionează cu un atom de hidrogen poate provoca ieşirea electronului din atomul de hidrogen prin efect tunel.

„Există un moment bine definit în care trebuie să se producă interacțiunea dintre atomul de hidrogen şi fasciculul laser și există, de asemenea, un moment în care știm că ar trebui să apară acel electron, dacă efectul tunel este practic instantaneu.

Astfel am reuşit să măsurăm cât durează parcurgerea barierei de potenţial şi rezultatul sugerează că efectul tunel se produce practic instantaneu”, a declarat profesorul Sang.

Intervalul de timp, măsurat de cercetători, în care electronul a străbătut bariera de potenţial a fost de maximum 1,8 attosecunde, mult mai mic decât a fost prezis de unele teorii.

„Acum ştim că efectul tunel în cazul electronului este mai mic de 1,8 attosecunde, ceea ce reprezintă o miliardime de miliardime de secundă”, a declarat Dr. Igor Litvinyuk de la Centre for Quantum Dynamics al Griffith University.

Pentru referinţă, un electron are nevoie de aproximativ o sută de attosecunde pentru a orbita nucleul unui atom.

În experimentele anterioare realizate de alţi cercetători s-au folosit atomi mai complicați, care conțineau mai mulți electroni.

Pentru a ţine cont de interacțiunile dintre aceşti electroni diferiţi, cercetătorii au folosit modele aproximative pe baza cărora au estimat intervalele de timp necesare parcurgerii barierei de potenţial.

Modelul nostru nu a folosit aproximări pentru că în experimentul nostru nu există interacțiuni electron-electron”, a declarat Dr. Igor Litvinyuk.

Studiul cercetătorilor a fost publicat în revista Nature.

Sursă: Sci-News