Если Вы когда-либо пробовали эксперимент, Вы знаете, что не можете идти через стену. Но субатомные частицы могут осуществить подобные подвиги посредством странного процесса, названного квантовым туннелированием. Теперь, бригада физиков говорит, что могло бы просто быть возможно наблюдать такое туннелирование с большим, humanmade объект, хотя другие говорят, что предложение сталкивается с основными трудностями.Если бы успешный, эксперимент был бы поразительной трансгрессией к вылеплению механических систем, ведущих себя квант механически.
В 2010 физики сделали ключевой первый шаг в том направлении путем уговоров крошечного объекта в состояния движения, которое может быть описано только квантовой механикой. Туннелирование было бы еще большим достижением.Таким образом, как квантовое туннелирование работает?
Предположите, что электрон, например, является мрамором, сидящим при одной из двух депрессий, отделенных небольшим холмом, которые представляют результаты ваяемого электрического поля. Для пересечения холма от одной депрессии до другого мрамор должен катиться с достаточным количеством энергии.
Если это имеет слишком мало энергии, то классическая физика предсказывает, что это никогда не может достигать вершины холма и пересекать его.Крошечные частицы, такие как электроны, однако, могут все еще сделать его через то, даже если у них нет достаточного количества энергии подняться на холм. Квантовая физика описывает такие частицы как расширенные волны вероятности — и оказывается, что существует вероятность, что один из них будет «тоннель» через холм и внезапно осуществиться при другой депрессии, даже при том, что электрон не может занять высоту между двумя низкими пятнами.Это звучит вряд ли, но ученые и инженеры достаточно продемонстрировали квантовое туннелирование в полупроводниках в который тоннель электронов через непроводящие слои материала. (Фактически, некоторые типы магнитных жестких дисков полагаются на туннелирование для чтения вслух данных.) И получивший Нобелевскую премию растровый туннельный микроскоп полагается на туннелирование электронов через запрещенную нейтральную зону между крошечным подобным пальцу исследованием и поверхностью проведения.
Однако, никто никогда не видел макроскопический объектный тоннель через препятствие.Но Мика Силлэнпэа и коллеги в университете Aalto в Финляндии говорят, что могло бы быть возможно сделать просто, что с помощью крошечного виджета, напоминающего батут, поскольку они сообщили 8 ноября в Physical Review B. Исследователи вылепили бы батут шириной в микрометр из графена, суперсильного, супергибкого листа углерода только один толстый атом.
Они приостановили бы мембрану — маленький, но намного больше, чем атомы и молекулы, которые являются обычной областью квантовой физики — по бляхе. Когда экспериментаторы применили электрическое напряжение, мембрана будет иметь два стабильных положения: тот, в котором это кланяется немного в середине и той, в которой это сгибается достаточно для контакта с пластиной ниже. В дизайне финской бригады электрические и механические силы на мембране создают энергетический барьер между этими двумя положениями. Если исследователи могли бы понизить энергию мембраны путем охлаждения его к температуре меньше чем одной тысячной градуса выше абсолютного нуля, то единственным способом, которым это могло добраться между этими двумя положениями, является квантовое туннелирование.
Экспериментаторы могли тогда наблюдать изменение мембраны конфигурации путем взгляда для разнообразия в емкости системы, мере того, как хорошо это может сохранить электрическую нагрузку. Силлэнпэа говорит, что достижение низких требуемых температур может занять несколько лет, но бригада продвигается с экспериментом.Квантовое туннелирование в механической системе является «видом Святого Грааля, что люди смотрят на данный момент», говорит физик Уолтер Лоуренс из Дартмутского колледжа, но эксперимент, вероятно, будет трудным.
Джил-Хо Ли, физик в университете Пхохана Науки и техники в Южной Корее, говорит, что предложенный эксперимент был бы важным первым шагом к демонстрирующему квантовому туннелированию. Но он предостерегает, что это не могло бы быть окончательно, потому что мембрана могла бы выполнить подобные сандалии, когда это абсорбирует немного избыточной энергии в форме тепла. «Более сложное испытание должно быть сделано», говорит Ли.
Он говорит, что ищет квантовое туннелирование в электрических системах, известных, поскольку соединения Джозефсона столкнулись с подобными проблемами в 1980-х, прежде чем эксперименты в конечном счете подтвердили туннелирование.Итак, почему Вы не можете использовать квантовое туннелирование для ходьбы через стену?
Механические вычисления кванта показывают, что для чего-то столь же большого как человек, вероятность является столь маленькой, что Вы могли ждать до конца вселенной и скорее всего все еще не оказаться с другой стороны.