מינהור קוונטי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

מינהור קוונטי היא תופעה פיזיקאלית, מתורת הקוונטים, שלפיה חלקיק יכול, בהסתברות נמוכה, לעבור דרך מחסום פוטנציאל. בהמשלה, תופעת המינהור היא תופעה שבה אם נזרוק כדור על קיר, יש לו סיכוי לעבור דרך הקיר ולהופיע בצידו השני. במכניקה קלאסית התופעה איננה יכולה להתרחש: חלקיקים אינם יכולים להמצא באזור של מחסום פוטנציאל ואינם יכולים לעבור דרך מחסום הפוטנציאל. התופעה נובעת מאופים הגלי של החלקיקים (על פי תורת הקוונטים) ולכן ניתן לצפות אותה בתנאים שבהם מכניקת הקוונטים תקפה: עבור חלקיקים קטנים וטמפרטורות נמוכות.

זוהי תופעה גלית, שאינה קשורה דווקא למכניקת הקוונטים, הנקראת צימוד גלים כלים (evanescent wave coupling).

סימולציה של תהליך המנהור. חלקיק מתקרב לקיר פוטנציאל, רוב פונקציית הגל של החלקיק מוחזרת על ידי הקיר, אולם חלק קטן ממנה מצליח לבצע מינהור דרך הקיר ולעבור לצדו השני.
תהליך המנהור במקרה חד ממדי. בx=0 ניצב קיר פוטנציאל דק, ניתן לראות שלמרות הפוטנציאל הגבוה, כמחצית מפונקציית הגל של החלקיק מבצעת מינהור ועוברת את הקיר.

הסבר התופעה[עריכת קוד מקור | עריכה]

על פי תורת הקוונטים חלקיק מתואר על ידי פונקציית גל המתארת את ההסתברות למצוא את החלקיק בכל מקום. בתוך מחסום פוטנציאל, מקום שעבורו באופן קלאסי חלקיק לא יכול להמצא, ההסתברות למצוא את החלקיק אכן נופלת במהירות, אבל מכיוון שפונקציית הגל הינה רציפה, אזי הפונקציה איננה יכולה לרדת ל-0 בבת אחת. במקום זאת היא דועכת בצורה אקספוננציאלית. מכאן שכאשר מחסום הפוטנציאל איננו רחב מידי פונקציית הגל של החלקיק לא תדעך דרכו ל-0 ולכן תהיה הסתברות כלשהי למצוא את החלקיק בעברו השני של מחסום הפונציאל.

לתופעה יש אנלוג קלאסי באופטיקה: ניקח חומר שאינו מעביר אור דרכו ואינו בולע, כלומר מחזיר את כל האור, וניצור פרוסה דקה ממנו. מבעד לפרוסה נקבל העברה חלקית של אור. ההסבר לכך הינו אותו ההסבר: אור הינו למעשה שדה חשמלי ומגנטי המתנדנדים בזמן. השדה החשמלי הינו פונקציה רציפה ולכן בכניסה לחומר השדה אינו יכול בבת אחת להתאפס, ובמקום זה הוא דועך בתוך החומר באופן אקספונציאלי. אם החומר הינו דק, אזי השדה החשמלי לא ידעך לגמרי ל-0 בתוך החומר ונקבל העברה של אור דרכו.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

תופעת המינהור התגלתה לראשונה על ידי גאורג גאמוב שהשתמש בה בשביל להסביר את קרינת אלפא. קרינת אלפא היא תהליך של התפרקות רדיואקטיבית שבה גרעין האטום פולט החוצה חלקיקי אלפא, שהם למעשה אטומי הליום מיוננים. על מנת שתהיה קרינת אלפא, חליקיקי האלפא צריכים לעבור דרך 'קיר': דרך מחסום הפוטנציאל שיוצר סביבו הגרעין. בעקבות הרצאה שנתן גאמוב בנושא, בנו ג'ון קוקרופט וארנסט וולטן מאיץ חלקיקים המגיע לאנרגיה של כמה מיליוני וולטים, ובעזרתו הצליחו לראשונה לבקע את הגרעין (תגלית שעבורה הם קיבלו פרס נובל לפיזיקה בשנת 1951). אנרגיית המאיץ לא הספיקה בשביל לעבור את מחסום הפוטנציאל שיוצר גרעין האטום, אך בזכות תופעת המנהור, ניתן היה לפרק את הגרעין בכל זאת. ניסוי זה החל עידן חדש בפיזיקה - עידן המאיצים.

גאמוב גם הבין שתופעת המנהור הינה תופעה קוונטית כללית, שאיננה מיוחדת רק לקרינה גרעינית.

לתופעת המנהור קיימים היום שימושים רבים. לדוגמה מיקרוסקופ מינהור סורק משתמש בתופעה על מנת לסרוק פני שטח של חומרים. על בסיס התופעה עובד זיכרון מסוג זיכרון הבזק, כאשר מתאפשר מעבר של אלקטרונים בין הדקי טרנזיסטורים המהווים בורות פוטנציאל.