Tunelamento quântico

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Nota: Se procura o fenômeno parapsíquico, consulte Experiência de quase-morte.
Mecânica quântica
{\Delta x}\, {\Delta p} \ge \frac{\hbar}{2}
Princípio da Incerteza
Introducão a...

Formulação matemática

Conceitos fundamentais
Estado quântico · Função de onda
Superposição · Emaranhamento

· Incerteza
Exclusão · Dualidade
Decoerência · Teorema de Ehrenfest · Tunelamento

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Efeito túnel, em mecânica quântica, consiste no evento de uma partícula atravessar uma região em que a energia potencial é maior do que a sua energia total - esta barreira é intransponível na mecânica clássica, pois a energia cinética da partícula seria negativa na região[1] [2]

Efeito túnel, tunelamento ou penetração de barreira[editar | editar código-fonte]

O tunelamento quântico ou efeito túnel ocorre quando uma barreira potencial, muito maior que a energia total da partícula, pela física clássica, esta partícula seria totalmente refletida de volta, ou seja, não conseguiria atravessar esta barreira.[3] .

Nenhuma destas afirmações descreve de forma precisa os resultados da mecânica quântica, que diz que se a energias da barreira não for muito maior que a energia da partícula, há uma certa probabilidade de que a partícula seja transmitida através da barreira para a outra região[4] .

Por exemplo, no momento em que atravessa uma barreira cuja altura excede sua energia total, uma partícula material está se comportando exclusivamente como uma onda. Mas na região após a barreira, ela pode ser detectada como uma partícula localizada, sem que seja introduzida uma incerteza significativa no conhecimento de sua energia. Assim a penetração em uma região classicamente proibida de largura limitada pode ser observada, no sentido que a partícula pode ser observada, tanto antes como depois de atravessar a barreira, com energia total menor do que a energia potencial na região proibida.

A figura mostra mostra uma barreira potencial para um elétron não-relativístico que se move no interior de um fio ideal de espessura insignificante. O elétron, cuja energia mecânica é E, se aproxima de uma região (a barreira) na qual o potencial Vb é negativo. Como possui carga negativa, o elétron tem uma energia potencial positiva U=qVb nessa região. Se E maior que Ub, esperamos que o elétron consiga passar pela região da berreira e aparecer à direita do ponto X=L da figura. Não a nada de estranho nesse comportamento se esperamos que o elétron não consiga passar pela barreira e que o sentido do seu movimento se inverta.

No entanto algo curioso pode acontecer com o elétron se E for menor que Ub. Como se comporta como uma onda de matéria, o elétron tem uma probabilidade finita de atravessar a barreira e aparecer do outro lado, isto vai totalmente contra as leis da mecânica clássica[5] .

Uma experiência simples deste princípio envolve um LASER e dois prismas de vidro. Este prisma pode ser usado como refletor no ar ou no vácuo, já que o ângulo de reflexão total (ângulo mínimo em relação a normal onde a luz é completamente refletida) é menor que 45 graus. Assim, quando a luz incide por uma das faces perpendiculares do prisma, esta é completamente refletida e sai pela outra face. Quando utilizamos o LASER, e um pouco de fumaça numa sala escura, é fácil verificar isso, assim como o fato de nenhuma luz escapar pela face inclinada do prisma. No entanto, aproximando-se a face inclinada de outro prisma, nota-se que, bem próximo, antes de se tocarem, uma parte do LASER emerge do outro prisma, comprovando o efeito túnel[6] .

História[editar | editar código-fonte]

O físico japonês Leo Esaki descobriu o tunelamento de elétrons, o que lhe rendeu o Premio Nobel de Física do ano de 1973.

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. Barrier Penetration, site hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  2. Evidence Of Macroscopic Quantum Tunneling Detected In Nanowires, site www.sciencedaily.com
  3. Keith R Symon 2°ed., Mecânica, A.P. 1996
  4. Keith R. Symon 2°ed., Mecânica, A.P. 1996
  5. Halliday.D & Resnick.R , "Fundamentos de Física vol.4", 8°ed. A.P. 2009
  6. Keith R. Symon 2°ed., Mecânica, A.P. 1996
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