| Источник

Двигаться сквозь стены возможно, говорят физики, но не всем

Если вы все-таки когда-нибудь старались это сделать, вы уже знаете, что пройти сквозь стену невозможно. Тем не менее субатомные частички могут это делать благодаря эффекту, который имеет название квантовое тунелирование.

Теперь физики говорят, что этот процесс можно будет наблюдать и на созданном человеком объекте, хотя это и вызывает много сомнений со стороны других ученых.

Если эксперимент окажется успешным, это будет означать большой прыжок в разработке механических систем, которые ведут себя как квантово-механические объекты. В 2010 году ученые сделали первый шаг в этом направлении, введя крохотный объект в такое состояние движения, которое можно описать только с помощью законов квантовой механики. Тунелирование на фоне этого выглядело бы большим достижением.

Так как же выглядит квантовое тунелирование? Вообразите, что электрон неподвижно находится в одном из двух низко энергетических состояний или точках, которые можно вообразить себе как энергетические ямы, отделенные один от другого небольшим холмом, который представляет собой электрическое поле. Чтобы перейти холм и попасть с одной нижней точки в другую, он должен закатиться на холм, имея достаточное количество энергии. Если энергии мало, физики-классики говорят, что он никогда не достигнет вершины холма и не обойдет его.

Такие крохотные частицы, как электроны, все таки могут пересечь его, даже имея недостаточное количество энергии, чтобы забраться на холм. Квантовая физика описывает такие частички как волны вероятностей, и потому оказывается, что существует вероятность, что один из них внезапно «тунелирует» прямо через холм и внезапно окажется уже на другой стороне в другой низко энергетической точке, даже если электрон и не может занимать верхнюю точку между ними.

Это звучит невероятно, но ученые и инженеры демонстрируют эффект квантового тунелирования в сверхпроводниках, где электроны тунелируют через слои материала, которые не проводят струм. (И даже больше, некоторые типы магнитных жестких дисков используют в своей работе эффект тунелирования для считывания данных.) И туннельный микроскоп, который получил Нобелевскую премию, использует электронное тунелирование в запрещенной зоне между крохотным зондом и исследуемой поверхностью. До сих порам никто не наблюдал такого эффекта (прохождение через определенное препятствие) на уровне макроскопического объекта.

Но Мика Силланпа вместе с коллегами с Университета Аалто в Финляндии говорит, что это возможно, просто использовав крохотный прибор, который напоминает батут. Так, исследователи планируют разработать такой себе батут миллиметрового масштаба из графена — суперкрепкого и суперпластического углерода толщиной лишь в один атом.

Потом натянуть его над металлической пластиной как мембрану — небольшую, но намного большую, чем атомы и молекулы, которые используются в квантовой физике. Когда экспериментаторы подадут электрическое напряжение мембрана должна иметь два стабильных положения: одно, в котором она немного выгибается посредине, а одно — когда она выгибается достаточно, чтобы затронуть расположенную под ней пластину.

Окончательный дизайн предполагает, что электрические и механические силы на мембране создают энергетический барьер между двумя положениями. Если исследователи уменьшат энергию мембраны путем ее охлаждения до температуры в тысячи раз меньшей за абсолютный ноль, то единственным способом двигаться между двумя позициями как раз бы и стало явление квантового тунелирования. Тогда бы экспериментаторы могли бы наблюдать мембранные изменения в изменениях емкости системы — показатель, который показывает сколько она может сохранять электрических зарядов. Силланпа говорит, чтобы достичь низких температур нужно несколько лет.

Квантовое тунелирование в механической системе — это тот священный Грааль, который сейчас ищут люди, говорит Физик Лоренс с Дармутського коледжа. Но эксперимент не простой. Физик Гил-Хо Ли говорит, что предложенный эксперимент станет важным шагом демонстрации квантового тунелирования. Но он считает, что этого будет не достаточно, так как мембрана должна показывать одинаковые «переключения» с одного положения в другое, при этом поглощая небольшую избыточную энергию в виде теплоты. Он говорит, что исследователи квантового тунелирования в электрических системах знакомы с эффектом Джозефсона, который также встретился с подобными проблемами в 1980 году, пока эксперименты окончательно не подтвердили тунелирование.

Почему же вы все таки не можете проходить сквозь стены? Расчеты квантовой механики говорят нам, что вероятность этого настолько мала, что даже дождавшись конца света, ты можешь так и не найти «второго себя» на другом конце стены.


Комментарии: (0)

Оставить комментарий

Представьтесь, пожалуйста