Kuantum Tünelleme (Quantum Tunneling)

Klasik dünyada bir tepeyi aşmak için yeterli kinetik enerjiniz yoksa tepeden geri dönersiniz. Kuantum mekaniğinde ise parçacıklar aynı zamanda bir dalga fonksiyonuyla (Schrödinger denklemi) tanımlanır. Bu dalganın genliği enerji engelinin öbür tarafında sıfır değildir; dolayısıyla parçacığın engelin diğer tarafında belirme ihtimali daima vardır. Güneş'in parlamasını sağlayan nükleer füzyon ve modern flaş belleklerin çalışması tamamen kuantum tünellemeye dayanır.

Klasik mekanikte bir topun bir tepeyi aşabilmesi için kinetik enerjisinin tepenin potansiyel enerji bariyerinden büyük olması şarttır; aksi halde top geri döner. Ancak 1927-1928 yıllarında Friedrich Hund, George Gamow, Ronald Gurney ve Edward Condon, Schrödinger dalga denklemini incelediklerinde parçacıkların madde dalgası doğası nedeniyle potansiyel enerji bariyerinin içinde dalga fonksiyonunun sıfırlanmadığını, üstel olarak azalarak bariyerin diğer tarafına sızdığını keşfettiler.

George Gamow bu mekanizmayı radyoaktif atom çekirdeklerinin alfa bozunumunu açıklamak için kullandı; hemen ardından Fritz Houtermans ve Robert Atkinson, Güneş ve yıldızların çekirdeğindeki sıcaklığın (~15 milyon Kelvin) protonların birbirini iten elektrostatik Coulomb bariyerini klasik olarak aşmaya yetmediğini, yıldızlardaki nükleer füzyonun yalnızca kuantum tünelleme sayesinde gerçekleştiğini kanıtladı. Günümüzde Taramalı Tünelleme Mikroskopları (STM), flaş bellekler (SSD) ve hücrelerimizdeki enzim kataliz reaksiyonları doğrudan kuantum tünelleme prensibiyle çalışır.