•Kuantum tünelleme nedir ve füzyonla ilişkisi
Kuantum tüneli, parçacığın bariyer boyunca olan kuantum mekaniğini ifade eder. Bu, Güneş gibi yıldızlar dizisinde meydana gelen nükleer birleşmeler gibi birçok fiziksel olayda önemli bir rol oynar. Tünel diyotu, kuantum bilgisayarı ve taramalı tünelleme mikroskobu gibi modern araçlarda önemli uygulamaları vardır. Fiziksel olay olarak etkisi ve kabul görülürlüğü 20. yüzyılın başlarında ve ortasına doğru geldiği tahmin ediliyor.
Tünelleme sıklıkla Heisenberg belirsizlik ilkesi ve maddenin dalga parçacık ikiliği kullanılarak açıklanır. Saf kuantum mekanik kavramlar olayın merkezindedir, bu yüzden kuantum tüneli kuantum mekaniğinin yeni sonuçlarından biridir.
Klasik ve kuantum mekaniği arasındaki ayrım
Kuantum tüneli kuantum boyutunda neler olduğunu çalışan kuantum mekaniği alanında başarısız olmaktadır. Bu süreç direkt olarak idrak edilemez fakat anlaşılması klasik mekaniğin yeterli kadar açıklanamadığı mikroskobik dünyada şekillenebilir. Olayı anlamak için potansiyel bariyerler arasında gezinmeye çalışan parçacıklar tepeden yuvarlanmaya çalışan bir topla karşılaştırılabilir.
Klasik mekanik bariyerleri aşmak için yeterli enerjiye sahip olmayan parçacığın diğer tarafa ulaşamayacağını ön görür. Bu yüzden tepeyi aşmak için yeterli enerjisi olmayan top geri yuvarlanacaktır ya da duvarların arasından geçmek için yeterli enerjisi olmazsa geri sıçrama ya da bazı aykırı durumlarda kendini duvarın içine gömecektir. Kuantum mekaniğinde küçük bir ihtimalle de olsa bu parçacıklar diğer tarafla tünel yaparak bariyerleri aşacaktır.
Dalga fonksiyonu ve tünelleme olasılığı
Parçacığın dalga fonksiyonu fiziksel sistemler hakkında bilinen her şeyi özetlemektedir. Buna göre kuantum mekaniğindeki problem sistemin dalga fonksiyonunun analizi etrafından yer bulmaktadır. Kuantum mekaniğinde Schrödinger denklemi gibi matematiksel formulasyonlar kullanılarak dalga fonksiyonları çözülebilir. Bu direkt olarak parçacığın pozisyonunun parçacığın her bir anındaki olasılığı olarak tanımlanan öz kütlesine bağlıdır. Büyük bariyerlerin sınırlarında, tünelleme olasılığı büyük ve geniş bariyerler için azalır.
Basit tünelleme bariyer modelleri için, örneğin dikdörtgen şeklindeki bariyerler, analitik sonuçları vardır. Problemler gerçek hayatta gerçek bir çözüme sahip değildirler, bu yüzden bu tür problemlere yaklaşık sonuçlar verebilmek için yarı klasik metotlar geliştirilmektedir, örneğin WKB yaklaşımı.
Radyoaktif bozunma: ilk uygulama
Radyoaktif bozmanma parçacıkların ve kararlı ürün oluşturmak için atomun kararsız çekirdeklerinden gelen enerjinin emilmesinin bir sürecidir. Bu olay parçacığın çekirdeğin tünellenmesiyle yapılır. Bu ilk yaklaşıma izin veren kuantum tünellemesinin ilk uygulamasıdır.
Friedrich Hund, 1927’de çift kuyu potansiyelinin zemin durumunu incelediği zaman tünelin ilk farkına varandır. Matematikte ilk uygulaması 1928’de George Gamow, Ranold Gurney ve Edward Condon tarafından yapılan alfa bozunumu olmuştur. Gamow tarafından verilen seminere katılımından sonra Max Born tünelin genelliliğinin farkına vardı. Born sadece nükleer fizikle kısıtlı olmadığını, birçok farklı sistem tarafından uygulanabilen, kuantum mekaniğinin genel bir sonucu olduğunun farkına vardı.
DNA mutasyonu ve soğuk emisyon
DNA’nın anlık mutasyonu, proton tünellemesi olarak tanımlanan kuantum mekaniğinde tek protonun yer değiştirmesinden sonra normal DNA’nın kopyalanmasıyla meydana gelir. Hidrojen bağları DNA’nın normal baz çiftlerine katılır. Potansiyel enerji bariyerleri tarafından ayrıştırılmış hidrojen bağları çift kuyu potansiyellerinde görülür. Per-Olov Lowdin, çift sarmalda kuantum biyolojisi anlık DNA mutasyon teorisini geliştiren ilk kişidir.
Elektronların soğuk emisyonu fizikte yarı iletken ve süper iletkenler ile ilgilidir. Elektrik alan çok büyük olduğu zaman, tünelin atomik durumun dışında olarak elektronlar için yeterli olacak şekilde, akımın yaklaşık olarak elektrik alanla üstel biçinde belirtilebileceği şekilde geçmesine izin verir. Bu materyaller flash bellekler, vakum tüpleri ve elektron mikroskopları için önemlidirler.
Taramalı tünelleme mikroskobu
Taramalı tünelleme mikroskobu Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer tarafından icat edilmiştir. Metal üzerindeki her bir atomu bireysel olarak gözlemleye izin verir. Uzaklık ile kuantum tünelleme arasındaki ilişkiden yararlanarak kullanılır. Taramalı tünelleme mikroskoplarının doğrulukları 0.001 nm veya %1 atomik yarıçaptadır.
Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.
İlk yorumu siz yazın
Fikrinizi bir kaynak, soru veya yapıcı karşı görüşle geliştirin.