Kvant tunnellash

Tasavvur qiling, siz kichkina koptokchani xona devoriga otib, uni devorga urilib qaytishida yana tutib olib, oʻynamoqdasiz. Albatta, har safar koptokchani devorga otganingizda u devorga borib, urilib qaytadi. Chunki u devor orqali qoʻshni xonaga oʻtib ketishi uchun yetarli energiyaga ega emas.

Biroq kvant mexanikasi qonunlariga koʻra, koptokcha ehtimoliylikning uyqash toʻlqinlari sifatida tasavvur qilinadi va kvant fizikasiga koʻra, koptokchada devor orqali qoʻshni xonaga oʻtib ketish uchun juda oz boʻlsa ham har holda imkoniyat bor. Geyzenbergning noaniqliklar nisbatlari tamoyilini energiyaga tadbiq qilish qoidalariga asosan, koptokni tashkil qiluvchi zarrachalar devorni tashkil qiluvchi zarrachalar orqali tunneldan oʻtgandek oʻtib ketishi ehtimoldan xoli emas.

Ushbu nisbatga koʻra, zarracha muayyan vaqt momentida muayyan energiya miqdoriga ega boʻladi deb aniq aytishning iloji yoʻq. Oʻta kichik vaqt birliklari miqyosida, zarracha energiyasi sezilarli darajada fluktuatsiyalanishi va natijada u devor toʻsigʻini yengib oʻtish uchun yetarli qiymatga ega boʻlib qolishi mumkin.

Bu satrlarni oʻqib, siz xuddi ertak eshitayotgandek yoki boʻlmagʻur gaplarni oʻqiyotgandek ensangiz qotishi tabiiy. Bu faqat sizning kvant fizikasidan yaxshi xabardor emasligingiz tufaylidir. Aslida tabiatda bu tarzdagi kvant tunnellash effekti allaqachon mavjud va u hozirda sizning qoʻl ostingizda ham roʻy bermoqda desak hayratda qolmang. Masalan, tranzistorlarda elektronlar ushbu elektron uskunaning bir qismidan boshqa qismiga tunnel effekti bilan oʻtib turadi. Yadroviy parchalanishda ham zarrachaning uchib chiqishi tunnel effekti hodisasi orqali roʻy beradi.

Xususan, alfa-zarracha (geliy yadrosi) oxir-oqibatda uran yadrosidan tunnellanadi. Ushbu effektni XX asr oʻrtalarida mashhur fizik Georgiy Gamov (1904—1968-yillar) va undan mustaqil ravishda Ronald Gyorni (1898—1953-yillar) hamda Edvard Kondonlar (1902—1974-yillar) tomonidan bayon qilingan edi. Ular agar tunnel effekti boʻlmaganda edi alfa-zarracha hech qachon yadrodan uchib chiqa olmagan boʻlardi deb bir ovozdan taʼkidlagan.

Tunnel effekti Quyoshdagi termoyadro sintezi reaksiyalarining borishi uchun ham juda muhimdir. Ushbu effektsiz yulduzlar ham charaqlamagan boʻlardi. Skanerlovchi tunnel mikroskopida tunnellanish hodisasi oʻtkazgich yuzalarning mikroskopik relyefini kuzatish imkonini beradi. Bunday mikroskopda juda ingichka va oʻtkir igna (zond) qoʻllaniladi va ushbu igna tekshirilayotgan namuna orasida tunnel toki oqadi. Biokimyo va mikrobiologiyada ham tunnel effekti fermentlar tomonidan ayrim reaksiyalarni qanday katalizlanishi mexanizmlarini oʻrganish uchun qoʻllaniladi.

Albatta, maqola boshida keltirilgan misol koptokchaning devor orqali qoʻshni xonaga oʻtib ketishi favqulodda oz ehtimollikka ega va makroskopik miqyosda deyarli imkonsiz. Tunnellanish faqat subatom miqyoslarida roʻy beradi va bizning olamimizda amalda yuz berishi ehtimolligi favqulodda darajada oz. Sizning devor orqali yotoqxonadan oshxonaga oʻtib ketishingiz ehtimoli garchi yoʻq darajada kam boʻlsa-da, har holda kvant fizikasi doirasida bunday ehtimollik istisno qilinmaydi.

Lekin agar siz koptokchani har soniyada bir martadan devorga otib tursangiz, sizda butun koinot paydo boʻlgandan buyon oʻtgan vaqtdan (13,7 milliard yil) ham koʻproq vaqt sarflash orqaligina koptokchani devor orqali tunnellab yuborish imkoni paydo boʻladi.