Φαντάσου ότι έχεις στο χέρι σου ένα μπαλάκι του τένις και το πετάς στον τοίχο. Το μπαλάκι αναπηδά και επιστρέφει στο χέρι σου. Όσες φορές κι αν το δοκιμάσεις, το αποτέλεσμα είναι το ίδιο. Στον Κβαντικό κόσμο όμως, τα πράγματα είναι λίγο…διαφορετικά!
Τα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, υπάρχουν ως ένα “νέφος πιθανοτήτων” αντί για καθορισμένα σημεία, και αντιπροσωπεύονται από την κυματοσυνάρτησή τους. Αυτή η κυματοσυνάρτηση εκτείνεται στον χώρο και εάν πλησιάσει σε ένα «φράγμα» (δυναμικού), ενώ μειώνεται πολύ η πιθανότητα να περάσει από μέσα, στην πραγματικότητα δεν μηδενίζεται. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει πιθανότητα το σωματίδιο να βρεθεί στην άλλη πλευρά του φράγματος, ακόμη και αν η ενέργεια του φράγματος είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια του σωματιδίου. Αυτό είναι το «φαινόμενο σήραγγας» (tunnelling). Σαν να λέμε αντίστοιχα ότι κάποιες φορές, το μπαλάκι του τένις θα περάσει μέσα από τον τοίχο!
Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα του φαινομένου σήραγγας είναι η διαδικασία της ραδιενεργού διάσπασης. Ένα σωματίδιο μέσα σε έναν πυρήνα μπορεί να μην έχει αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσει την ισχυρή πυρηνική δύναμη που το δεσμεύει, αλλά χάρη στη σήραγγα, μπορεί να “διοχετευθεί” έξω, οδηγώντας σε διάσπαση.
Στο πεδίο της τεχνολογίας, η κβαντική σήραγγα αξιοποιείται στα μικροσκόπια σάρωσης σήραγγας (Scanning Tunneling Microscope – STM), τα οποία έχουν τη δυνατότητα να απεικονίζουν επιφάνειες σε ατομικό επίπεδο. Επιπλέον, οι αρχές της σήραγγας στηρίζουν τη λειτουργία των διόδων σήραγγας που χρησιμοποιούνται σε διάφορα ηλεκτρονικά συστήματα.
Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε συσκευές όπως οι δίσκοι USB flash και οι δίσκοι στερεάς κατάστασης (Solid State Drives – SSD) εκμεταλλεύεται επίσης την κβαντική σήραγγα. Η πληροφορία σε αυτές τις συσκευές αποθηκεύεται σε ένα πλέγμα ημιαγωγών και η εγγραφή και η διαγραφή αυτής της πληροφορίας περιλαμβάνει τη διοχέτευση ηλεκτρονίων μέσα και έξω από αυτό το πλέγμα.
Η κβαντική σήραγγα είναι πραγματικά μια συναρπαστική πτυχή του κβαντικού κόσμου. Αμφισβητεί τις καθημερινές μας εμπειρίες και δείχνει πόσο διαφορετικό και ενδιαφέρον είναι το σύμπαν στις μικρότερες κλίμακες…