Η μελέτη των κβαντικών σηράγγων μπορεί να εξηγήσει τη ραδιενεργή διάσπαση και να έχει εφαρμογές στη μικροσκοπία και την αποθήκευση μνήμης.
Οι φυσικοί Patrik Schach και Enno Giese από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Ντάρμσταντ, σκοπεύουν να επαναπροσδιορίσουν τον χρόνο – πιστεύουν ότι οι προηγούμενες μετρήσεις μπορεί να ήταν ανακριβείς.
Οι ερευνητές κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα, εξαιτίας του φαινομένου της κβαντικής σήραγγας, όπου τα σωματίδια φαίνεται να κινούνται γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.
Κατανοούμε τον κόσμο γύρω μας μέσω της κλασικής μηχανικής. Σε αυτό το πεδίο, οι νόμοι της φυσικής κυριαρχούν και τα σωματίδια τείνουν να τους ακολουθούν. Ωστόσο, όταν εμβαθύνουμε στον κβαντικό κόσμο, ακόμη και η θεωρία της σχετικότητας καταρρέει.
Η κίνηση των σωματιδίων μέσα σε μια κβαντική σήραγγα, με ταχύτητες μεγαλύτερες από αυτή του φωτός, οδήγησε τους ερευνητές να αμφισβητήσουν εάν έχουν μετρήσει με ακρίβεια τον χρόνο. Οι Schach και Giese πρότειναν ένα νέο πείραμα για να μετρήσουν τον χρόνο ενός σωματιδίου που περνά μέσα από τη σήραγγα, λαμβάνοντας υπόψη τις μοναδικές του ιδιότητες στον κβαντικό κόσμο.
Τι είναι οι κβαντικές σήραγγες
Στην κλασική φυσική, ένα σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο, μπορεί να διαπεράσει ένα φράγμα δυναμικής ενέργειας, μόνο εάν διαθέτει την ενέργεια να το υπερνικήσει. Από την άλλη πλευρά, στην κβαντική μηχανική, το σωματίδιο μπορεί να διασχίσει αυτό το φράγμα ακόμη και αν τα επίπεδα ενέργειάς του είναι χαμηλότερα. Αυτό αναφέρεται ως φαινόμενο σήραγγας (quantum tunneling).
Αυτό αποδίδεται στις κυματικές ιδιότητες του σωματιδίου στην κβαντική μηχανική, οι οποίες του επιτρέπουν να «διαπερνά» το φράγμα ακόμη και σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας.
Σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, αυτό το «πέρασμα», εξαρτάται από το πλάτος και το ύψος του φράγματος και την ενέργεια του σωματιδίου.
Παρόλο που η σήραγγα φαίνεται να παραβιάζει τον νόμο της αρχής διατήρησης της ενέργειας, το σωματίδιο εμφανίζεται στην άλλη πλευρά του φράγματος με την ίδια ενέργεια όπως πριν. Επομένως, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, δεν κερδίζεται ή χάνεται ενέργεια.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το φαινόμενο της κβαντικής σήραγγας, παίζει επίσης ρόλο στη ραδιενεργή διάσπαση, επιτρέποντας στα σωματίδια να διαφύγουν του πυρήνα ακόμη και αν δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να ξεφύγουν από το φράγμα δυναμικής ενέργειας του πυρήνα. Επιπλέον, το φαινόμενο θα μπορούσε να εξυπηρετήσει εφαρμογές όπως η μικροσκοπία και η αποθήκευση μνήμης.
Σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, τα άτομα μπορούν να συμπεριφέρονται ταυτόχρονα σαν κύματα και σωματίδια. Η κυματική τους φύση μπορεί να τα βοηθήσει να ξεπεράσουν ένα φράγμα ενέργειας. Ωστόσο, όταν τα άτομα διαπερνούν τη κβαντική σήραγγα, είναι δύσκολο να προβλεφθεί πότε θα εμφανιστούν στην άλλη πλευρά.
Πρωτοποριακός σχεδιασμός του πειράματος
Αντί να βασιστούν σε συμβατικές προσεγγίσεις μέτρησης του χρόνου, οι φυσικοί προτείνουν τη χρήση του σωματιδίου που βρίσκεται μέσα στη σήραγγα ως ρολόι. Σαν σημείο αναφοράς, θα οριστεί ένα σωματίδιο εκτός σήραγγας.
Παραπομπές
A unified theory of tunneling times promoted by Ramsey clocks
