Разгадана 100-летняя загадка квантового туннелирования: электроны сталкиваются с ядрами

Электроны не просто «просачиваются» сквозь барьер — они разворачиваются и сталкиваются с атомными ядрами в процессе. Это открытие меняет представления о квантовом поведении и может ускорить развитие технологий. Фото: Shutterstock

Команда профессора Кима Дон Ёна из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) совместно с Институтом ядерной физики Макса Планка впервые раскрыла детали процесса «квантового туннелирования» электронов — явления, остававшегося загадкой более века. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Хотя телепортация сквозь стены кажется фантастикой, на атомном уровне подобное происходит регулярно. «Квантовое туннелирование» позволяет электронам преодолевать энергетические барьеры, которые, согласно классической физике, для них непреодолимы — словно прокладывая туннель.

Этот эффект лежит в основе работы полупроводников (ключевых компонентов смартфонов и компьютеров) и даже ядерного синтеза в Солнце. Однако до сих пор было неизвестно, что именно происходит с электроном внутри барьера — словно зная вход и выход туннеля, но не его середину.

«Теперь мы наконец можем глубже понять туннелирование и контролировать его по своему желанию» — профессор Ким Дон Ён.

Эксперимент с мощными лазерными импульсами показал неожиданное: электроны не просто проходят барьер, а сталкиваются с атомным ядром прямо внутри него. Учёные назвали это явление «повторным столкновением под барьером» (UBR). Ранее считалось, что взаимодействие с ядром возможно только после выхода из туннеля.

Более того, в процессе UBR электроны получают дополнительную энергию и усиливают «резонанс Фримена» — тип ионизации, который почти не зависит от интенсивности лазера. Это открытие опровергает прежние теоретические модели.

Исследование открывает путь к более точному управлению электронами в полупроводниках, квантовых компьютерах и сверхбыстрых лазерах. Работа поддержана Национальным исследовательским фондом Кореи.

Источник: sciencedaily.com