Effetto tunnel

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Esempio dell'Effetto Tunnel. Evoluzione della funzione d'onda d'un elettrone attraverso una barriera di potenziale

L'effetto tunnel è un effetto quanto-meccanico che permette una transizione ad uno stato impedito dalla meccanica classica.

Nella meccanica classica, la legge di conservazione dell'energia impone che una particella non possa superare un ostacolo (barriera) se non ha l'energia necessaria per farlo. Questo corrisponde al fatto intuitivo che, per far risalire un dislivello ad un corpo, è necessario imprimergli una certa velocità, ovvero cedergli dell'energia a sufficienza per completare la salita.

La meccanica quantistica, invece, prevede che una particella abbia una probabilità diversa da zero di attraversare spontaneamente una barriera arbitrariamente alta di energia potenziale. C'è da sottolineare che l'analogia con la meccanica classica non sia propriamente corretta per via della presenza di un ostacolo materiale che nell'effetto tunnel non è presente, un esempio è un elettrone ad energia cinetica fissata che nel raggiungere una sottile zona in cui esso dovrebbe essere respinto per via della energia insufficiente riesce a superarla in certi casi fortuiti.
Infatti, applicando i postulati della meccanica quantistica al caso di una barriera di potenziale in una dimensione, si ottiene che la soluzione dell'equazione di Schrödinger all'interno della barriera è rappresentata da una funzione esponenziale decrescente. Dato che le funzioni esponenziali non raggiungono mai il valore di zero, si ottiene che esiste una piccola probabilità che la particella si trovi dall'altra parte della barriera dopo un certo tempo t.

È interessante notare che, per il principio di indeterminazione di Heisenberg, non è mai possibile osservare una particella mentre attraversa tale barriera, ma solo prima e dopo tale transizione.

Cenni storici[modifica | modifica sorgente]

L'effetto tunnel venne utilizzato per la prima volta nel 1928 dal fisico ucraino George Gamow per spiegare il decadimento alfa, nel quale una particella alfa (un nucleo di elio) viene emessa da un nucleo perché riesce a superarne la barriera di potenziale. Successivamente Max Born comprese che l'effetto tunnel non è esclusivo della fisica nucleare, ma si presenta anche in altri fenomeni fisici.

Prove dell'effetto tunnel[modifica | modifica sorgente]

Sebbene l'effetto tunnel sia estremamente controintuitivo e possa sembrare per alcuni versi paradossale, esiste una enorme quantità di prove sperimentali a sostegno della sua reale esistenza.

Una delle prove più spettacolari ci è fornita dal nostro Sole e dalle stelle in genere: senza l'effetto tunnel, le temperature presenti nei nuclei delle stelle non sarebbero sufficienti a innescare le reazioni nucleari che costituiscono il "motore di questi corpi celesti.[1]

Un'altra prova nota è data dalla Giunzione Josephson.

Spazio interstellare[modifica | modifica sorgente]

Uno studio apparso sulla rivista “Nature Chemistry” di Robert J. Shannon dell'Università di Leeds è riuscito a spiegare in laboratorio la possibilità di formazione di molecole di alcool, come il radicale metossile (CH3O-) rilevato nello spazio interstellare mediante l'effetto tunnel. Si attendono dei risultati di conferma[2].

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Molti dispositivi elettronici moderni (come ad esempio i diodi tunnel e le memorie flash) basano il loro funzionamento su questo effetto. L'effetto tunnel viene sfruttato anche nel microscopio a effetto tunnel.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ College Physics Vol. 2 Serway and Vuille
  2. ^ http://www.lescienze.it/news/2013/07/03/news/alcool_spazio_effetto_tunnel-1725792/ Chimica nello spazio grazie all'effetto tunnel,Le Scienze

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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