Ученые раскрыли тайны квантового туннелирования: новые открытия в области физики

Команда ученых под руководством профессора Кима Дон Ёна из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) в сотрудничестве с Институтом ядерной физики Макса Планка сделала прорыв в понимании процесса квантового туннелирования. Это явление, которое оставалось загадкой для науки более века, теперь раскрыто в новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters.

Что такое квантовое туннелирование?
На атомном уровне электроны могут переходить через энергетические барьеры, которые, по законам классической физики, они не могут преодолеть. Это похоже на их способность телепортироваться сквозь стены, что в реальной жизни кажется невозможным, но на квантовом уровне происходит регулярно.

Этот эффект лежит в основе работы полупроводников (ключевых элементов, используемых в смартфонах и компьютерах), а также в процессе ядерного синтеза на Солнце. Однако до сих пор было неясно, что происходит с электронов внутри барьера — как бы «зная» начало и конец туннеля, но не его «середину».

Новое открытие
Эксперимент с использованием мощных лазерных импульсов показал неожиданное явление — электроны не просто проходят барьер, а столкнутся с атомным ядром внутри него. Это явление ученые назвали «повторным столкновением под барьером» (UBR). Ранее считалось, что взаимодействие с ядром происходит только после выхода из туннеля.

Интересно, что в процессе UBR электроны получают дополнительную энергию и усиливают эффект резонанса Фримена — тип ионизации, который почти не зависит от интенсивности лазера. Это открытие опровергает прежние теории и открывает путь к более точному управлению электронами в таких областях, как квантовые компьютеры, сверхбыстрые лазеры и полупроводники.

Работа поддержана Национальным исследовательским фондом Кореи.