La tunelización cuántica cae bajo el dominio de la mecánica cuántica: el estudio de lo que ocurre a escala cuántica. Este proceso no se puede percibir directamente, pero gran parte de su comprensión está conformada por el mundo microscópico, que la mecánica clásica no puede explicar adecuadamente. Para comprender el fenómeno, las partículas que intentan viajar entre barreras potenciales se pueden comparar con una bola que intenta rodar sobre una colina; la mecánica cuántica y la mecánica clásica difieren en su tratamiento de este escenario. La mecánica clásica predice que las partículas que no tienen suficiente energía para superar una barrera clásicamente no podrán alcanzar el otro lado. Por lo tanto, una bola sin energía suficiente para superar la colina se desharía. O, al carecer de la energía necesaria para penetrar una pared, rebotaría (reflejo) o, en el caso extremo, se enterraría dentro de la pared (absorción). En la mecánica cuántica, estas partículas pueden, con una probabilidad muy pequeña, hacerse un túnel hacia el otro lado, cruzando así la barrera. Aquí, la “bola” podría, en cierto sentido, tomar prestada la energía de su entorno para pasar por la pared o “rodar sobre la colina”, devolviéndola haciendo que los electrones reflejados sean más energéticos de lo que hubieran sido de otra manera.
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La razón de esta diferencia proviene del tratamiento de la materia en la mecánica cuántica como propiedades de las olas y las partículas. Una interpretación de esta dualidad implica el principio de incertidumbre de Heisenberg, que define un límite sobre la forma precisa en que se puede conocer la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo.
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Esto implica que no hay soluciones con una probabilidad de exactamente cero (o uno), aunque una solución puede acercarse al infinito si, por ejemplo, el cálculo de su posición se tomó como una probabilidad de 1, el otro, es decir, su velocidad, haría tiene que ser infinito Por lo tanto, la probabilidad de existencia de una partícula dada en el lado opuesto de una barrera intermedia es distinta de cero, y tales partículas aparecerán en el lado “otro” (una palabra semánticamente difícil en este caso) con una frecuencia relativa proporcional a esta probabilidad .
Un paquete de ondas de electrones dirigido a una barrera potencial. Tenga en cuenta el punto oscuro a la derecha que representa la formación de túneles de electrones.
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Reproducir medios
Túnel cuántico en la formulación del espacio de fase de la mecánica cuántica. Función de Wigner para tunelización a través de la barrera de potencial [matemática] {\ displaystyle U (x) = 8e ^ {- 0.25x ^ {2}}} [/ math] en unidades atómicas (au). Las líneas continuas representan el nivel establecido del hamiltoniano [math] {\ displaystyle H (x, p) = p ^ {2} / 2 + U (x)} [/ math].
El problema del túnel Editar sección
La función de onda de una partícula resume todo lo que se puede conocer sobre un sistema físico.
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Por lo tanto, los problemas en la mecánica cuántica se centran en el análisis de la función de onda de un sistema. Usando formulaciones matemáticas de mecánica cuántica, como la ecuación de Schrödinger, la función de onda puede ser resuelta. Esto está directamente relacionado con la densidad de probabilidad de la posición de la partícula, que describe la probabilidad de que la partícula esté en cualquier lugar dado. En el límite de las grandes barreras, la probabilidad de efecto túnel disminuye para las barreras más altas y más anchas.
Para los modelos simples de barreras de túneles, como la barrera rectangular, existe una solución analítica. Los problemas en la vida real a menudo no tienen uno, por lo que se han desarrollado métodos “semiclásicos” o “cuasiclásicos” para dar soluciones aproximadas a estos problemas, como la aproximación WKB. Las probabilidades se pueden derivar con precisión arbitraria, restringida por recursos computacionales, a través del método integral de Feynman’spath; tal precisión rara vez se requiere en la práctica de ingeniería.
