اندیشیدن تنها راه نجات

#تونل_زنی #کوانتومی در فوزیون
زبان کليپ انگلیسی با زیرنویس پارسی



⚛ @AndisheKonim

‍ ✅ #تونل_زنی #کوانتومی چیست؟

تخته سنگ بزرگی را در نظر بگیرید که به ته دره ای سقوط کرده و مدت هاست که در همان جا مانده است. چقدر تعجب می کنید اگر ببینید تخته سنگ بطور خود به خود انرژی گرفته و ناگهان شروع به بالا رفتن از دامنه دره کرده و در نهایت با خروج از دره به آن سوی دامنه کوه بغلتد. شاید باور کردنی نباشد اما مشابه چنین رویدادی به طور طبیعی به وفور در دنیای اسرار آمیز کوانتومی رخ می دهد!
در فیزیک کلاسیک تخته سنگ  از بالای تپه عبور داده می شود اما در فیزیک کوانتوم برای عبور تخته سنگ میان تپه تونل زنی صورت می گیرد.
در این پدیده که اصطلاحا "تونل زنی کوانتومی" نامیده می شود یک ذره کوانتومی که پشت یک سد پتانسیل گیر افتاده و از نگاه فیزیک کلاسیک ، انرژی و امکان لازم برای عبور از مانع مزبور ندارد ممکن است براساس رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ بتواند بطور موقت انرژی گرفته و ناگهان از مانع یا سد مقابل خود عبور کند و آن سوی آن برود. براساس معادله شرودینگر هر چه ارتفاع و عرض این مانع کمتر باشد احتمال عبور ذره مزبور از میان آن بیشتر خواهد بود.
وجود پدیده اسرار آمیز تونل زنی کوانتومی برای نخستین بار در سال ۱۹۲۷ میلادی توسط یک فیزیکدان آلمانی بنام فردریک هاند کشف شد. هنوز یک سال بیشتر از این کشف مهم نگذشته بود که فیزیکدان دیگری بنام جرج گاموف موفق شد بر مبنای همین پدیده شگفت انگیز معمای چگونگی گسیل ذرات آلفا از هسته های رادیواکتیو پرتو زا را حل کند. محاسبات گاموف نشان می داد که چگونه ذرانت آلفا به رغم نداشتن انرژی لازم برای رسیدن به قله سد پتانسل هسته اتمی می توانند با تونل زدن از میان این سد پتانسیل، از درون هسته اتمی فرار کرده و به بیرون هسته پرتاب شوند.
با گذشت زمان و با پیشرفت صورت گرفته در فیزیک هسته ای، فیزیک اتمی و فیزیک حالت جامد مشخص شد که پدیده تونل زنی کوانتومی در عرصه های بسیار مختلف و متعددی – از واکنش های گرما هسته ای در قلب خورشید و سایر ستارگان گرفته تا برخی پدیده های مرتبط با ابر رسانایی در جامدات- نقش ایفا می کند. در سال ۱۹۵۸ میلادی یک فیزیکدان ژاپنی بنام لئو ازاکی یک نوع دیود بنام « دیود تونلی » را که بر مبنای پدیده تونل زنی الکترون ها در نیمه رساناها کار می کرد در مرکز تحقیقات شرکت سونی ژاپن اختراع کرد. این دیود به واسطه عملکرد بسیار سریع خود از وقوع پدیده تونل زنی کوانتومی در نقطه اتصال دو سیم ابر رسانا پرده برداشت. در این پدیده شگفت انگیز، بدون اعمال هیچ ولتاژ خارجی، یک جریان الکتریکی دائمی در مدار ابررسانای مزبور ایجاد می شود. اتصادلات جوزفسون در ساخت دستگاه های اندازه گیری بسیار دقیق میدان های مغناطیسی کاربرد دارند. به مناسبت این دستاوردهای مهم مبتنی بر پدیده تونل زنی کوانتومی ، ازاکی و جوزفسون مشترکا جایزه نوبل سال ۱۹۷۳ فیزیک را دریافت کردند.
البته شگفتی پدیده تونل زنی کوانتومی به همین جا ختم نمی شود؛ چرا که بعنوان مثال در اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی پژوهشگران IBM با استفاده از همین پدیده ، میکروسکوپ ویژه ای را ساختند که امکان مشاهده تک تک اتم ها را برای بشر فراهم کرد. اما شگفت انگیز تر از همه اینها کشف فیزیکدانی بنام توماس هارتمن در مورد پدیده تونل زنی کوانتومی است. هارتمن در سال ۱۹۶۲ کشف کرد که تونل زنی ذرات کوانتومی از میان یک سد پتانسل- فارغ از پهنای این سد – همواره بطور لحظه ای و آنی صورت می گیرد و این بدان معناست که ذرات کوانتومی حین تونل زدن حتی مرز حیرت انگیز سرعت نور زا هم می شکنند!

خاستگاه : سایت بیگ بنگ


⚛ @AndisheKonim

🖍تونل زنی کوانتومی چیست ❓

☑️اجازه دهید با ملموس ترین مثال ممکن آغاز کنیم. حیات ما در زمین وابسته به تابش خورشید است. اما تا به حال فکر کرده اید علت تابش خورشید چیست؟ این تابش به دلیل پدیده ای به نام همجوشی هسته ای رخ می دهد. در واقع این پدیده، طور مداوم در هر ستاره ای رخ می دهد. در همجوشی هسته ای، دو یا چند هسته ی سبک تر با یکدیگر برخورد کرده و یک عنصر سنگین تر را می سازند. بیشتر انرژی آزادشده در این فرآیند، به صورت نور است. اما همانطور که میدانیم هسته ها دارای بار مثبت هستند ویکدیگر را از نظر الکتریکی دفع می کنند؛ بنابراین هسته ها باید انرژی زیادی داشته باشند تا بتوانند به اندازه ی کافی به یکدیگر نزدیک شوند. چرا که با نزدیک تر شدن هسته ها از فاصله ی خاصی، نیروی قوی هسته ای بر نیروی الکتریکی دافعه ای غلبه می کند و همجوشی هسته ای رخ می دهد. اما وقتی دمای خورشید به وسیله ی طیفش تعیین می شود، به نظر می رسد که همجوشی هسته ای به هیچ وجه در خورشید دست یافتنی نیست.

✔️تونل زنی کوانتومی به طور صریح برای اولین بار در سال ۱۹۲۷ و توسط فردریش هوند، مورد توجه قرار گرفت. بعدها دانشمندان دیگری از این نظریه برای توضیح پدیده های تابشی استفاده کردند. اما در نهایت این ماکس بورن بود که تونل زنی کوانتومی را نتیجه ی کلی قوانین مکانیک کوانتومی معرفی کرد. پس از آن، پای تونل زنی کوانتومی به حوزه های وسیع تری مانند دیودها، ترانزیستورها و نیمه رساناها باز شد

برای تعریف ساده ی تونل زنی کوانتومی، به سراغ معروفترین مثال می روم. فرض کنید بین در یک دره و بین دو کوه گیر افتاده اید، تنها راهی که برای بیرون رفتن از دره به فکر می رسد این است که از یکی از کوه ها بالا رفته، از قله عبور کرده و در سمت دیگر کوه فرود آیید. اما اگر شما یک ذره ی کوانتومی بودید، راه جالب دیگری هم برای خروج شما از این دره وجود داشت: عبور از درون کوه! این راه حل اگرچه در دنیای ماکروسکوپی ما خنده دار به نظر می رسد، اما همان اتفاقی است که هر لحظه در دنیای میکروسکوپی اتفاق می افتد، یعنی تونل زنی کوانتومی.

🔺پس حالا می توانیم تونل زنی کوانتومی را اینطور تعریف کنیم: اگر برای رفتن یک ذره ی کوانتومی به یک حالت کوانتومی دیگر، یک سد انرژی وجود داشته باشد، ذره با وجود داشتن انرژی کمتر از آن سد، می تواند از آن عبور کند (گذشتن از درون کوه). اگر گذر ارواح و اشباح از درون دیوار را فقط در فیلم ها دیده اید، گذر ذرات کوانتومی از سدهای انرژی، هر لحظه رخ می دهد. در واقع از نظر فیزیک کلاسیکی، امکان ندارد یک ذره بتواند از سدی با انرژی بیشتر از انرژی درونی اش بگذرد، اما در مکانیک کوانتومی، این پدیده کاملاً عادی است. (جزییات ریاضیاتی تونل زنی کوانتومی را در کلاس های درس تخصصی کوانتومی بررسی خواهیم کرد).

🔶 #تونل_زنی_کوانتومی، نتیجه ای از اصل برهم نهی کوانتومی و اصل عدم قطعیت است. برای روشن تر شدن، اجازه دهید به همجوشی هسته ای بازگردیم. طبق فیزیک کلاسیکی، دمای خورشید برای همجوشی هسته ای کافی نیست. اما اصل برهم نهی کوانتومی می گوید هسته می تواند در بیش از یک مکان وجود داشته باشد (به خاطر ماهیت موج گونه اش)، بنابراین برای رسیدن به دمای کافی و رخ دادن همجوشی، احتمال معینی وجود دارد. بنابر اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، اندازه حرکت یک شی همیشه دارای عدم قطعیت است، بنابراین با گذشت زمان، دو هسته می توانند به سرعت لازم برای همجوشی برسند.

🔶تونل زنی کوانتومی، یکی از چند پدیده ی کوانتومی است که می توانیم آن را در جهان ماکروسکوپی حس کنیم. تونل زنی کوانتومی در واپاشی رادیواکتیو یا در دیسک های فلش رخ می دهد. همچنین پژوهش ها حاکی از آن است که در جهش تصادفی DNA درون ارگانیسم های زنده، تونل زنی پروتون یکی از بازیگران اصلی است و حتی این پدیده می تواند علت سرطان باشد⚛

منبع سایت دیپ لوک