Per sienas galima praeiti, bet ne visiems

http://mirnt.ru       Jeigu jūs kada nors bandėte pereiti per sieną, tai jau žinote, kad tai yra neįmanoma. Nepaisant to, subatominės dalelės tai gali daryti dėl efekto, kuris turi pavadinimą - kvantinis tuneliavimas.

       Dabar fizikai kalba, kad šį procesą galima bus stebėti ir žmogaus sukurtame objekte, nors kiti mokslininkai tuo labai abejoja.

       Jeigu bandymas bus sėkmingas, tai bus didelis šuolis kuriant mechanines sistemas, kurios elgiasi kaip kvantiniai ir mechaniniai objektai. 2010 metais mokslininkai ta kryptimi žengė pirmą žingsnį, mažą objektą įvedė į tokią judėjimo būseną, kurią galima aprašyti tik kvantinės mechanikos dėsnių pagalba. Tuneliavimas būtų didelis pasiekimas.

       Tai kaipgi atrodo kvantinis tuneliavimas? Įsivaizduokite, kad elektronas yra nejudančioje vienoje ar dviejose energetinėse būsenose arba taškuose, kuriuos galima įsivaizduoti, kaip energetines duobes, viena nuo kitos atskirtas nedidele kalva, kuri yra elektrinis laukas. Norėdamas pereiti kalvą ir patekti iš vieno taško apačios į kitą, jis turi užlipti ant kalvos, ir tam turėti pakankamai energijos. Jeigu energijos yra nedaug, klasikinė fizika sako, kad jis niekada nepasieks kalvos viršūnės ir jos neapeis.

       Tokios mažytės dalelės, kaip elektronai, vistik gali perlipti kalvą, net turėdami nepakankamą energijos kiekį užlipimui ant kalvos. Kvantinė fizika tokias daleles aprašo, kaip tikimybių bangas, ir pasirodo, kad egzistuoja tikimybė, kai vienas iš jų netikėtai „tuneliuos“ tiesiai per kalvą ir staiga atsiras jau kitoje pusėje, kitame mažos energijos taške, net jeigu elektronas ir negali pasiekti aukščiausio taško tarp jų.

       Tai atrodo neįtikėtina, tačiau mokslininkai ir inžinieriai kvantinio tuneliavimo efektą demonstruoja superlaidininkuose, kur elektronai tuneliuoja per medžiagos sluoksnį, kuris nepraleidžia srovės (dar daugiau, kai kurie magnetinių kietų diskų tipai naudoja tuneliavimo efektą duomenų skaitymui). Ir tunelinis mikroskopas, kuris gavo Nobelio premiją, naudoja elektroninį tuneliavimą zonoje tarp mažyčio zondo ir tiriamo paviršiaus. Iki šiol niekas nestebėjo tokio efekto (praėjimo per tam tikrą kliūtį) mikroskopinio objekto lygyje.

       Tačiau Mikas Silanpas kartu su kolegomis iš Suomijos Alto universiteto  sako, kad tai yra įmanoma, panaudojant labai mažą prietaisą, kuris primena batutą. Mokslininkai planuoja sukurti tokį milimetro dydžio batutą iš grafeno – labai stiprios ir labai plastiškos anglies, kurios storis tik vienas atomas.

       Po to uždės jį ant metalinės plokštelės, kaip membraną – nedidelę, bet daug didesnę nei atomai ir molekulės, kurios naudojamos kvantinėje fizikoje. Kai eksperimentuotojai paleis elektros įtampą membrana turi turėti dvi stabilias padėtis: vieną, kurioje ji nedaug viduryje išslenkia, ir kitą, kai ji išsilenkia pakankamai, kad paliestų po ja esančią plokštelę.

       Galutinis dizainas numato, kad elektrinės ir mechaninės jėgos ant membranos sukurs energetinį barjerą tarp dviejų padėčių. Jeigu mokslininkai sumažins membranos energiją ją atšaldę iki temperatūros tūkstančius kartų mažesnės nei nulis, tai vienintelis judėjimo būdas tarp dviejų padėčių, kaip tik ir bus kvantinio tuneliavimo reiškinys. Tada eksperimentuotojai galėtų pamatyti membranos pokyčius sistemos talpos pakitimuose – rodiklis, kuris rodo, kiek ji gali išsaugoti elektros krūvių. Silanpas sako, kad norint pasiekti žemas temperatūras, reikia keleto metų.

       Kvantinis tuneliavimas mechaninėje sistemoje – tai tas šventasis Gralis, kurio dabar ieško žmonės, sako fizikas Lorensas iš Dartmuto koledžo. Tačiau eksperimentas nėra paprastas. Fizikas Gil-Ho-Li sako, kad pasiūlytas eksperimentas taps svarbiu žingsniu kvantinio tuneliavimo demonstravime. Tačiau jis mano, kad tai bus nepakankamas, kadangi membrana turi rodyti vienodą „persijungimą“ iš vienos padėties į kitą, sugerdama nedidelį energijos kiekį šilumos pavidalu. Jis sako, kad kvantinio tuneliavimo elektros sistemose tyrinėtojai žino Džosefsono efektą, kuris taip pat susidūrė su panašiomis problemomis 1980 metais, kol eksperimentai pagaliau patvirtino tuneliavimą.

       Kodėl gi jūs vis tik negalite pereiti kiaurai per sieną? Kvantinės mechanikos skaičiavimai rodo, kad to tikimybė yra tokia maža, kad net sulaukus pasaulio pabaigos, tu gali taip ir nesurasti savojo „antrojo aš“ kitoje sienos pusėje.

Šaltinis: mirnt.ru, 2011-12-11

 

 

Komentarai

Skelbti naują komentarą

Šio laukelio turinys yra privatus ir nerodomas viešai.