讲解员:量子隧道效应是什么?

在最小的规模,世界是奇怪的。当事情变得一个原子的大小,统治我们的宏观世界的力学不再适用。

根据量子规则,既可以表现为粒子和电子波,和对象可以在不同的州——一个现象量子计算机利用他们的优势。最奇怪的事情之一科学家发现当拆分量子数学是隧道。

量子隧道效应是什么?

想象释放一个量子力学的粒子,如电子和质子,进入一个空间势能山的一侧。既然你确定粒子无法逃避——这是不够精力充沛,爬过山——你留给自己的设备。

但是当你回到检查,粒子消失了。你找到了幸福的坐在另一边的山上,有溜直。隧道粒子可以简单地通过能量壁垒他们没有精力去克服。

听起来与所有你认为物理定律?这就是科学家们于1927年首次发现它的想法。今天我们知道隧道是相当常见的量子世界。半导体、晶体管和二极管没有它不会工作。

隧道仍呕吐一些惊喜几乎一个世纪之后。四年前,研究人员发现水在水晶通道隧道在对称集群——一个现象很奇怪,它的发现者称其为“新国家的水”。

我们怎么知道这是真的发生了吗?

隧道是太阳照耀的原因。

大多数恒星融合质子变成氦原子核,驱逐了大量能量的过程。问题在于,虽然我们的太阳是热的,但不够热给太阳的质子能量不足以克服相互静电排斥。但是那小小的隧穿概率在10 - 1²⁸——意味着一些粒子仍然让它通过他们排斥障碍。

因为太阳有大量的氢,这小概率转换10³⁸融合事件每秒产生足够的光和热,使地球上的生命成为可能。

它是如何工作的呢?

隧道实际上是一个可怕的词来使用,因为这个词让人联想到的是一个粒子无聊的一堵墙。但是没有洞,隧道或任何其他类型的开放。

相反,我们需要使用相同的货币量子力学领域的交易:概率。一个粒子可以被描述为一个振荡波,振幅代表的概率在某个地方找到它。当遇到障碍时,这波不会突然结束。相反,它继续内部和远侧的障碍,尽管有一个较小的振幅。

隧道是找到一个粒子的概率远侧的障碍。较轻的粒子,狭窄的障碍越小,就越有可能。

这一切听起来像物理学。化学家们为什么要在乎?

合成化学家们倾向于忽视隧道。然而,它可以驱动反应,否则就不会发生。

星际云是那么冷(小于-250°C)反应不应该发生,但它们包含水和甲醛-化合物可能通过隧道反应形成的。

更多的科学家寻找隧道,更多情况下,他们发现。整个trifluoromethyl团体——量子条件——是巨大的被发现通过能量壁垒溜。氢原子可以隧道大距离。甚至有这样的案例两个氢原子隧道在串联。

一些研究人员希望控制隧道以同样的方式在反应动力学和热力学参数控制。这可能导致一些意想不到的反应活性和选择性。

也有一些应用程序不存在没有隧道,扫描隧道显微镜,化学家可以看到单个原子。

隧道听起来不错。我也可以隧道?

从技术上讲,你可以。但隧穿概率是极其敏感的物体的质量。一个电子重9 x10^-31年公斤,70公斤左右。

杰克•弗雷泽物理学从牛津大学毕业写了:“你可以得到一万亿人走进墙壁,每秒钟一万亿次宇宙以来(138亿年前),其中一个穿过墙上的可能性依然很小,它的几乎为零。

但是当一个完整的人将永远无法隧道,隧道可能发生在我们的身体。一些研究人员提出酶——尤其是那些激活碳氢键——促进氢原子隧道。

这些酶是乙醇脱氢酶之一。它将乙醇转化为乙醛化合物,引起头痛、眩晕和恶心之后晚上出去喝酒。所以下次你护理宿醉,感到一丝宽慰,这都是量子化学。

确认

由于大学的彼得称吉森,德国为有益的讨论。