Nadir fakat önemli bir kuantum olgusunda tünellemenin meydana gelme hızı ilk kez deneysel olarak ölçüldü ve teorik hesaplamalarla tutarlı olduğu görüldü. Bu alandaki teorik tahminlerin oldukça belirsiz olduğu kabul edilmektedir, bu nedenle belirli bir durumda onaylanması, diğer tünel açma olaylarının sıklığının daha büyük bir güvenle tahmin edilmesine olanak tanır.
Kuantum tünelleme, atom altı parçacıkların klasik fiziğin imkansız kabul ettiği şekillerde davrandığı birçok olaydan biridir. Bu durumda, kaçmak için belirli bir enerjiye ihtiyaç duyacak şekilde sıkışıp kalan bir cisim, bu miktardan daha az enerjiye sahip olmasına rağmen tuzaktan kurtulacaktır. Bu, elektronlar gibi nesnelerin ikili dalga/parçacık doğasının bir sonucu ve kanıtıdır: saf bir parçacık kaçamaz, ancak bazen bir dalga kaçabilir. Atom çekirdeğinin alfa bozunması gibi olaylar Kuantum Tüneli oluşumuna bağlıdır.
Tünel açma kuantum fiziği açısından önemlidir ve lisans derslerinde hesaplamalar basit örnekler kullanılarak yapılır. Ancak gerçek hayattaki örnekler çok daha karmaşıktır; Tünel etkisinin bazen belirli bir durumda ortaya çıktığını bilmek ile ne sıklıkta çok farklı şeyler olduğunu bilmek. Yeni bir makalede Innsbruck Üniversitesi’nden bir ekip, bir hidrojen molekülü ile döteryum anyonu arasındaki reaksiyonun ilk ölçümünü yaptı ve bunun şimdiye kadar gözlemlenen en yavaş yüklü parçacık reaksiyonu olduğunu buldu.
Reaksiyon (H2 + D− → H− + HD), iki hidrojen atomundan (nötronsuz protonlar) oluşan bir molekül ile çevresinde iki elektronun yörüngede olduğu bir proton ve bir nötrondan oluşan bir atom arasındaki değişimi içerir. Tünelleme sonrasında molekülün bileşenlerinden birinde bir nötron bulunur, ancak hâlâ negatif yüklü olan bağlanmamış atomda nötron yoktur. Her ne kadar bir nötron aktarılmış gibi görünse de reaksiyonun bir proton değişimi olduğu düşünülüyor.
Hidrojen hala Evrenin çoğunluğunu oluşturduğundan, daha ağır elementler gerektirmeyen bu tür olaylar kozmik ölçekte çok sık meydana gelir, ancak hidrojen ile döteryum arasında belirli bir karşılaşma olasılığı düşüktür. Üstelik, eğer daha karmaşık tünel açma olaylarını simüle etme umudumuz varsa, tahminlerimizi bunun gibi daha basit örneklerin ölçümleriyle ilişkilendirmemiz gerekir.
Innsbruck ekibi, bir tuzağı 10 K’ye (-263 °C) soğutulmuş (çarpışmalarla 15 K’ye ısıtılmış) döteryum iyonları ve hidrojen gazı karışımıyla doldurarak meydana gelme sıklığını deneysel olarak test etti. Bu sıcaklıklarda transfer klasik olarak imkansızdır, ancak 15 dakika sonra negatif yüklü hidrojen iyonlarının varlığı, bunun seyrek de olsa meydana geldiğini düşündürmektedir.
Hız saniyede santimetreküp cinsinden ölçülür, bu da saniyede 5,2 × 10−20 santimetreküp değerini verir, yaklaşık üçte bir hatayla, bu muhtemelen bir kuantum fizikçisinden başka kimse için çok az şey ifade eder.
Ancak bu, bir döteryum anyonu bir hidrojen molekülüyle çarpıştığında transferin yüz milyarda bir gerçekleştiği anlamına gelir. Bu endişelenmeyecek kadar nadir görünebilir, ancak küçük bir gaz alanı bile milyarlarca molekül içerir. Yeterince döteryum eklediğinizde çarpışmaların sayısı çok büyük olur.
Başyazar Profesör Roland Wester yaptığı açıklamada, hızın ölçülmesinin “çok hassas ölçümlere izin veren ve yine de Kuantum Tüneli mekaniksel olarak tanımlanabilecek bir deney gerektirdiğini” söyledi. Wester, deney fikrini 15 yıl önce ortaya attı, ancak tünel açma o kadar nadir görülen bir olay ki, bunu ölçebilecek bir deney tasarlamak büyük çaba gerektirdi.
Bu yazı Nature adresinden derlenmiştir.